Che cos'è una molla a forza costante?
Nella maggior parte dei tipi di molle, la forza esercitata quando quella molla viene compressa e quindi rilassata è proporzionale alla distanza che è stata allungata. Una molla a forza costante, a differenza di una molla normale, non obbedisce a questa regola. Come risultato del design fisico della molla a forza costante, la potenza con cui si riavvolge rimane costante. Le molle a forza costante sono quindi utili in molte applicazioni in cui è importante una forza di richiamo costante.
Il comportamento delle sorgenti ordinarie può essere descritto da un'equazione matematica nota come legge di Hooke. Questa legge afferma che la forza di una molla che si riavvolge nella direzione del rinculo è uguale alla distanza dello spostamento della molla dall'equilibrio - in altre parole, fino a che punto è stata allungata - moltiplicata per una costante matematica, la velocità della molla. La molla indietreggia nella direzione opposta a quella in cui è stata allungata. Poiché molti materiali elastici si comportano in questo modo, la legge di Hooke ha ampie applicazioni nel campo della fisica.
La legge di Hooke non si applica alle molle a forza costante perché la loro forza di rinculo rimane costante per tutto il loro raggio di movimento. Ciò è possibile grazie al loro esclusivo design fisico, che consiste in un sottile nastro d'acciaio a spirale. Le molle a forza costante si trovano in uno stato di rilassamento quando sono completamente arrotolate e diventano cariche di forza quando sono srotolate parzialmente o completamente. Quando viene rilasciata, la molla si riavvia tirando indietro il nastro esteso in un rotolo stretto. Poiché la forza di rinculo proviene principalmente dalla parte più vicina al rullo a spirale, viene mantenuta una forza costante.
Un'applicazione comune della molla a forza costante può essere vista nelle misure del nastro utilizzate nelle applicazioni domestiche e nelle costruzioni. Un tipico meccanismo di misurazione del nastro è costituito da un sottile nastro metallico avvolto attorno a un tamburo interno all'interno di un involucro di plastica. Quando il nastro di misurazione viene estratto e bloccato, la forza viene impartita alla molla. Una volta rilasciato il blocco, il nastro si ritrae automaticamente nella custodia in plastica. Questa retrazione è ottenuta grazie all'azione di rinculo del rullo, che funziona come una molla a forza costante.
Molti altri dispositivi dotati di retrazione automatica utilizzano anche la molla a forza costante. Alcuni esempi includono cinture di sicurezza per auto, contrappesi di finestrini, poltrone reclinabili e pistole di base. In tutte queste applicazioni, la forza generatrice del dispositivo deve essere coerente, comportandosi allo stesso modo ogni volta mentre agisce in uno spazio ridotto. Le molle a forza costante soddisfano entrambe queste condizioni, poiché esercitano una forza costante e possono anche essere arrotolate strettamente, inserendo una grande lunghezza di nastro in un'area di dimensioni modeste.