¿Cómo medir Fuerzas?

Al aplicar una fuerza en el muelle de la figura (arriba), este se alarga (abajo). La deformación que se le produce (x-x0) es directamente proporcional a la fuerza que le aplicamos.

Cuando aplicas una fuerza a un muelle, probablemente este se alargará. Si duplicas la fuerza, el alargamiento también se duplicará. Esto es lo que se conoce como la ley de Hooke.

La ley de Hooke establece que el alargamiento de un muelle es directamente proporcional al módulo de la fuerza que se le aplique, siempre y cuando no se deforme permanentemente dicho muelle.

F=k·(x-x0)

donde:

  • F es el módulo de la fuerza que se aplica sobre el muelle.
  • k es la constante elástica del muelle, que relaciona fuerza y alargamiento. Cuanto mayor es su valor más trabajo costará estirar el muelle. Depende del muelle, de tal forma que cada uno tendrá la suya propia.
  • x0 es la longitud del muelle sin aplicar la fuerza.
  • x es la longitud del muelle con la fuerza aplicada.

Si al aplicar la fuerza, deformamos permanentemente el muelle decimos que hemos superado su límite de elasticidad

Dinamómetro

Bien, ¿y para que sirve todo esto en relación con la medida de fuerzas?. Lo cierto es que mucho. De hecho, la información que nos proporciona la ley de Hooke, es utilizada para construir los dinamómetros, que son dispositivos capaces de medir fuerzas.

De forma básica, están formados por un cilindro transparente que contiene un muelle con uno de sus lados unidos a la base del mismo y el otro a un gancho. Al aplicar una fuerza al gancho el muelle estira. Dependiendo del alargamiento que sufra podremos saber que fuerza se ha aplicado. ¿Pero cuanto?

Generalmente se incluye una flecha adherida al muelle. Donde apunte la flecha se marca sobre el cilindro 0 N. Posteriormente se cuelga una masa de 100 gramos y nuevamente se vuelve a marcar pero esta vez con 1 N, repitiendo el proceso con 200 gr (2 N), 300 gr (3N), etc.

Si tiramos ahora del gancho podremos saber que fuerza estamos aplicando. 

Experimenta y Aprende
 
Dinamómetro

Ficha de ejercicios resueltos

Aquí puedes poner a prueba lo que has aprendido en este apartado.

La verdad sobre la ley de Hooke

dificultad

Si decimos que la constante elástica de un muelle vale k = 5 N/m, significa que:

a)  La deformación que se produce en el muelle es de 5 N.
b)  Cada 5 N de fuerza que se ejercen, el muelle se deforma 1 m.
c)  Cada 5 N de fuerza que se ejercen, el muelle se deforma 5 m.
d)  Cada 1 N de fuerza que se ejerce, el muelle se deforma 5 m. 

Aplicación de la ley de Hooke

dificultad

Si al aplicar a un muelle una fuerza de 30 N provocamos que se alargue 20 cm, calcular:

a) La fuerza habrá que aplicarle para que se alargue 45 cm.
b) ¿Cuanto se alargará si le aplicamos una fuerza de 90 N?

Muelle sin barco

dificultad

Si aplicamos a un muelle una fuerza de 140 N, este alcanza una longitud de 15 cm. Si por el contrario aplicamos una fuerza de 20 N, su longitud pasa a ser de 10 cm. Calcula la longitud que tiene el muelle en reposo y su constante elástica.

Un muelle colgando del techo

dificultad

Disponemos de un muelle que si se le aplica una fuerza de 10 N sufre un alargamiento de 5 cm. Al colgarlo del techo, ¿cuanto alargará si le unimos al otro extremo una masa de 2 kg?

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