In breve: Quando una forza agisce su un pezzo, il materiale si deforma. Esistono regole precise che legano la forza alla deformazione.
Cosa significa sollecitare un materiale
Ogni oggetto, se viene caricato, subisce uno sforzo interno. Pensiamo a un elastico tirato con le mani: si allunga.
Lo stesso accade a una barra di acciaio o a un cavo. La differenza è che le deformazioni sono molto piccole e spesso invisibili a occhio nudo.
Le sollecitazioni principali sono trazione, compressione, flessione, taglio e torsione. Ognuna produce una deformazione diversa nel pezzo meccanico.
Il legame tra sforzo e deformazione
Lo sforzo si indica con σ (sigma) e si misura in newton su millimetro quadrato. È la forza divisa per l'area della sezione resistente.
La deformazione si indica con ε (epsilon). È l'allungamento diviso per la lunghezza iniziale, quindi un numero senza unità di misura.
Per piccoli carichi vale la legge di Hooke: lo sforzo è proporzionale alla deformazione. La formula è σ = E · ε.
La lettera E è il modulo di elasticità del materiale. Per l'acciaio vale circa 200.000 N/mm², per l'alluminio circa un terzo.
Finché il carico resta basso, il pezzo torna alla forma iniziale quando la forza viene tolta. Questo si chiama comportamento elastico.
Se il carico cresce troppo, il materiale entra in campo plastico. La deformazione rimane anche dopo aver tolto la forza.
Esempi pratici
Una molla tirata con poca forza si allunga e poi torna corta: lavora in campo elastico secondo la legge di Hooke.
Un filo di rame piegato più volte resta storto: ha superato il limite elastico ed è entrato in campo plastico.
In un tirante che sostiene un peso, calcoliamo lo sforzo dividendo il carico per l'area. Poi troviamo la deformazione con ε = σ / E.
Questi calcoli servono per scegliere il giusto diametro di un bullone, di un albero o di un cavo di sospensione.
Parole difficili
- Sforzo: forza interna distribuita su una superficie del pezzo.
- Deformazione: variazione di forma o lunghezza rispetto alla misura iniziale.
- Modulo di elasticità: numero che indica quanto un materiale è rigido.
- Campo elastico: zona dove la deformazione sparisce togliendo il carico.
- Campo plastico: zona dove la deformazione resta anche senza carico.
- Sezione resistente: area del pezzo che sopporta la forza applicata.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.meccanica-macchine-ed-energia.cl3.resistenza-materiali.01