Resorte

Se conoce como resorte[1]​ (o muelle)[2]​ a un elemento elástico capaz de almacenar energía y desprenderse de ella sin sufrir deformación permanente (deformación plástica) cuando cesan las fuerzas o la tensión a las que es sometido.

Se fabrican con una gran diversidad de formas y dimensiones utilizándose materiales muy diversos, tales como acero al carbono, acero inoxidable, acero al cromo-silicio, cromo-vanadio, bronces o plástico; materiales que presentan propiedades elásticas.

Su propósito, con frecuencia, se adapta a las situaciones en las que se requiere aplicar una fuerza y que esta sea retornada en forma de energía.

Siempre están diseñados para ofrecer resistencia o amortiguar las solicitaciones externas.

[3]​ En la Edad del Bronce ya existían tipos de muelles más complejos en muchas culturas, que formaban parte de utensilios sencillos como las fíbulas usadas para sujetar los vestidos,[4]​ o las pinzas para manejar objetos pequeños.

El resorte espiral que forma parte del volante regulador inventado por Christiaan Huygens[6]​ sería introducido por primera vez en un reloj de bolsillo por Salomon Coster en 1673.

Los resortes se pueden clasificar de diversas maneras, atendiendo a su forma, a la manera en que se les aplican las cargas, a cómo responden ante estas, a su proceso de fabricación o al uso al que se destinan: Según su forma: Según cómo se les aplica la fuerza de carga: Según cómo responden a la carga: Según su fabricación: Tipos más utilizados:: Otros tipos: Modelo teórico: En física clásica, un resorte puede verse como un dispositivo que almacena energía potencial, específicamente energía de deformación, al tensar los enlaces entre los átomos de un material elástico.

Esta ley en realidad solo se aplica aproximadamente, y solo cuando la deformación (extensión o contracción) es pequeña en comparación con la longitud total de la barra.

Para deformaciones más allá del límite elástico, los enlaces atómicos se rompen o se reorganizan, y un resorte puede romperse, doblarse o deformarse permanentemente.

Muchos materiales no tienen un límite elástico claramente definido, y la ley de Hooke no puede aplicarse de manera significativa a estos materiales.

Además, para los materiales superelásticos, la relación lineal entre fuerza y desplazamiento es apropiada solo en la región de baja tensión.

Por lo tanto, la fuerza, que es la derivada de la energía con respecto al desplazamiento, se aproxima a una función lineal.

Si no hubiera ninguna restricción debido al diámetro de alambre finito de dicho resorte helicoidal, tendría una longitud cero en la condición no estirada.

Obviamente, un resorte helicoidal no puede contraerse a longitud cero, porque en algún momento las bobinas se tocan entre sí y el resorte ya no puede acortarse.

Se puede unir un resorte de longitud cero a una masa en un brazo articulado de tal manera que la fuerza sobre el peso esté casi exactamente equilibrada por el componente vertical de la fuerza del resorte, sea cual sea la posición del brazo.

Estos péndulos permiten a los sismógrafos detectar las ondas más lentas de los terremotos.

asociada al estiramiento o acortamiento un resorte lineal viene dada por la integración de trabajo realizado en cada cambio infinitesimal

Si además suponemos que tanto la sección como el módulo de elasticidad pueden variar con la distancia al origen, la ecuación queda:

Si se integra para todo x, de obtiene como resultado el valor del alargamiento unitario total.

Normalmente puede considerarse F (x) constante e igual a la fuerza total aplicada.

Cuando F (x) no es constante y se incluye en el razonamiento la inercia de este, se llega a la ecuación de onda unidimensional que describe los fenómenos ondulatorios.

Supongamos, por simplicidad, que tanto la sección del resorte, como su densidad (entendiendo densidad como la masa de un tramo de muelle dividida por el volumen del cilindro imaginario envolvente) y su módulo de elasticidad son constantes a lo largo del mismo y que el resorte es cilíndrico.

Aplicando la segunda ley de Newton a ese tramo:

Al introducir, por tanto, esta expresión en la ecuación diferencial del muelle antes deducida, se llega a:

Derivando esta expresión respecto a x se obtiene:

, es decir, la masa realiza un movimiento armónico simple de amplitud

Esta ecuación relaciona la frecuencia natural con la rigidez del muelle y la masa suspendida.

Además, en unas zonas del muelle su amplitud sería mayor que en otras, es decir, la solución depende de tres funciones arbitrarias:

Tal solución admite que F y G puedan ser cualquier clase de funciones continuas

La solución a este problema queda escrita como sigue: