In breve: Quando un corpo subisce una forza, si deforma. Esiste una relazione precisa tra sforzo applicato e deformazione prodotta.
Cosa significa sollecitare un materiale
Ogni oggetto, se sottoposto a una forza, cambia forma. Pensiamo a un elastico che si allunga quando lo tiriamo. Anche i metalli si deformano, ma molto meno.
In meccanica chiamiamo sollecitazione la forza che agisce su un corpo. La conseguenza è la deformazione, cioè la variazione di forma o dimensione.
Studiare questa relazione serve a progettare strutture sicure. Un ponte, una trave o un albero motore devono resistere ai carichi senza rompersi.
La relazione tra sforzo e deformazione
Lo sforzo (indicato con σ) è la forza distribuita su una superficie. Si calcola come forza diviso area. L'unità di misura è il pascal (Pa) o il N/mm².
La deformazione (indicata con ε) è l'allungamento rispetto alla lunghezza iniziale. È un numero puro, senza unità di misura.
Nel campo elastico vale la legge di Hooke: lo sforzo è proporzionale alla deformazione. La formula è σ = E · ε. Il valore E si chiama modulo di elasticità.
Ogni materiale ha un proprio modulo E. L'acciaio ha valori molto alti, la gomma valori molto bassi. Per questo l'acciaio si deforma poco sotto carico.
Oltre un certo limite il materiale non torna più alla forma originale. Si entra nel campo plastico e la deformazione diventa permanente.
Esempi pratici
Immaginiamo una barra di acciaio tirata da una forza di trazione. Conoscendo l'area e la forza calcoliamo lo sforzo σ.
Se il modulo E dell'acciaio è noto, ricaviamo la deformazione ε con la formula ε = σ / E. Poi otteniamo l'allungamento moltiplicando ε per la lunghezza iniziale.
Un altro esempio è la molla di una sospensione. La compressione è proporzionale al peso applicato, finché restiamo nel campo elastico.
Nelle prove di laboratorio si usa la macchina di trazione. Si traccia un diagramma sforzo-deformazione che mostra il comportamento del materiale.
Parole difficili
- Sforzo (σ): forza distribuita su una superficie, misurata in N/mm².
- Deformazione (ε): variazione di lunghezza divisa per la lunghezza iniziale.
- Modulo di elasticità (E): costante che indica la rigidezza del materiale.
- Campo elastico: zona in cui il materiale torna alla forma originale.
- Campo plastico: zona in cui la deformazione resta permanente.
- Trazione: sollecitazione che tende ad allungare il pezzo.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.meccanica-macchine-ed-energia.cl3.resistenza-materiali.04