Che cos’è un corpo elastico?

L’elasticità è la capacità di deformarsi, con completa reversibilità: la capacità di tornare a una forma o a uno stato equivalente a quello prima che una forza applicata deformasse in modo incrementale l’oggetto o il corpo. Un esempio di un corpo elastico che soddisfa almeno approssimativamente tale descrizione è una pallina da biliardo, che in seguito a una collisione con un’altra palla da biliardo riacquista la sua forma originale. Un altro esempio di un corpo elastico è una molla o una cintura in spandex. Questi riacquistano la loro forma dopo aver subito una compressione o uno stiramento. Il principio fisico coinvolto è la legge di Hooke.

Relativamente all’elasticità lineare, la legge di Hooke afferma che una forza applicata a ciò che è equivalente a una molla è uguale al prodotto negativo della molla o costante di velocità per il cambiamento di coordinate per la dimensione in cui viene applicata la forza. Per una molla deformata lungo la direzione x dal suo punto di riposo, la legge di Hooke si scrive F = ‒kx. Essendo paragonabile ad un corpo elastico, quando la forza viene interrotta, la molla, se priva di massa, ritorna nel suo punto di rilassamento. Se invece alla molla è attaccata una massa, l’oggetto, una volta rilasciato, viaggia oltre il punto di rilassamento, oscillando avanti e indietro, fino a quando l’attrito interno termina il processo. Gli oggetti nel mondo reale possono essere facilmente spinti oltre il loro limite di elasticità.

Quando un corpo elastico si scontra con un altro corpo elastico, le deformazioni in entrambi i corpi sono momentanee e l’energia cinetica si conserva. In una tale collisione, se entrambi gli oggetti hanno la stessa massa e l’oggetto n. 1 con velocità V1, colpisce l’oggetto n. 2 con velocità V2, l’oggetto n. 1 si fermerà completamente e tutta la sua quantità di moto verrà trasferita all’oggetto n. . Una classica dimostrazione di ciò è un gruppo di pendoli fatti di corde legate nello stesso punto sopra e attaccate a sfere metalliche di massa uguale alla loro parte inferiore, ciascuna che si tocca l’altra. Se viene fatto oscillare il pendolo più a sinistra, quando colpisce la palla successiva, tutto il suo slancio viene trasferito su di essa, che si trasferisce alla terza dopo averla colpita, e così via. Infine, si vede l’ultima pallina muoversi verso destra, con tutta l’energia del primo pendolo; questa mostra è conosciuta come la culla di Newton.

Un’altra dimostrazione di elasticità è far rimbalzare una palla d’avorio su una superficie piana molto dura che è stata strofinata con olio. L’avorio ha un coefficiente di elasticità insolitamente alto. La palla rimbalzerà molto vicino alla sua altezza precedente, illustrando la sua minima perdita di energia cinetica nel processo. Un oggetto forzato oltre il suo limite elastico può presentare una deformazione plastica, per cui i cambiamenti sono permanenti. Nei metalli, tali deformazioni permanenti spesso comportano dislocazioni atomiche nella matrice cristallina.