Molla

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Molle elicoidali progettate per la trazione.
Molla elicoidale progressiva (doppia conicità)
13-04-05-Skoda Museum Mladá Boleslav by RalfR-009.jpg

Una molla è un corpo capace di allungarsi se ad esso viene applicata una determinata forza e in seguito tornare alla propria forma naturale, è un oggetto di tipo elastico , generalmente fabbricato in acciaio, usato ed ottimizzato per accumulare energia meccanica. La molla è un elemento tipicamente scarico. Guai a non confonderla con elementi strutturali dell'edilizia. La molla è scarica.

Nella meccanica classica, la molla ideale viene adottata per lo studio dell'oscillatore armonico.

Cenni storici[modifica | modifica sorgente]

Le molle appaiono intorno al XV secolo in lucchetti e orologi. Sostituendo il sistema di pesi che normalmente faceva funzionare gli orologi con un meccanismo di carica a molla, gli orologiai furono in grado di realizzare strumenti portabili e affidabili. Taqi al-Din realizzò nel 1559 un orologio astronomico a molla.

Nel 1676 il fisico inglese Robert Hooke scoprì una relazione funzionale adatta a schematizzare l'azione della molla, ovvero che la forza esercitata è proporzionale alla sua estensione: "Ut tensio, sic vis" che significa "come l'estensione, così la forza". Questa relazione va sotto il nome di Legge di Hooke.

La molla nel Codice Madrid[modifica | modifica sorgente]

Disegno di un dispositivo a molla nel Codice Madrid

Nel Codice Madrid I di Leonardo da Vinci, risalente alla fine del XV secolo, viene previsto l'utilizzo di un molla come elemento elastico. Nel Codice Madrid, Leonardo disegna e studia numerosissimi meccanismi per ottenere diversi tipi di moto, spesso senza uno scopo specifico e solo per esplorare le possibilità della scienza meccanica. Sono studi di macchine semplici, evoluzioni o modi diversi per ottenere lo sviluppo e la trasmissione del moto. Alcuni di questi meccanismi sono:

  • Molla con trasmissione elicoidale e motore a molla con ingranaggio elicoidale - Codice Madrid I, f. 4r
  • Molla autobloccante - Codice Madrid I, f. 13v
  • Carica a molla progressiva - Codice Madrid I, f. 14r
  • Motore a molla sfasato - Codice Madrid I, f. 16r
  • Motore a molla elicoidale - Codice Madrid I, f. 45r

Nella quarta pagina del manoscritto si incontra il primo sistema con motore che si avvale dell'utilizzo di molle: motore a molla con trasmissione elicoidale. Questo meccanismo parte dal presupposto che una molla carica cede il massimo della forza all'inizio e mentre si scarica diventa sempre più debole. Tale forza viene definita dal valore di rigidezza R, espresso come forza/spazio. Lo scopo finale è quindi quello di rendere lineare e costante tale cessione d'energia.

La particolare tipologia di molla progettata da Leonardo per questa applicazione, viene tutt'oggi ampiamente utilizzata (ad esempio in serrande, maniglie e trapani a colonna) e viene ancora denominata "molla a spirale d'Archimede", in quanto basata proprio sul concetto Archimedeo.

Teoria[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Legge di Hooke.
Rappresentazione di un punto materiale (di massa m) collegato ad una molla (avente costante elastica k).

Il motivo fisico microscopico per il quale la molla accumula energia potenziale è lo stiramento dei legami intermolecolari, mentre il suo comportamento macroscopico è definito per molti materiali dalla legge di Hooke, che afferma che l'allungamento di un corpo elastico è direttamente proporzionale alla forza di trazione applicata. Allo stesso modo la contrazione è proporzionale alla forza di compressione.

Questo vale entro il limite di deformazione elastica, definito come il limite di forza massima applicata entro il quale il corpo elastico, rilasciato, ritorna alle sue dimensioni precedenti all'applicazione della forza; oltre questo limite i legami atomici si rompono e riarrangiano, e la molla si deforma permanentemente. In diversi materiali questo limite non è definito con precisione e si hanno fenomeni di deformazione con l'uso ripetuto (invecchiamento): in questi casi la legge di Hooke non è rispettata.

Materiali[modifica | modifica sorgente]

La molla a seconda delle applicazioni può essere realizzata in vari materiali:

  • Plastica materiale utilizzato per quelle applicazioni ludiche
  • Ferro generalmente poco utilizzato rispetto alle sue leghe
    • Acciaio dalle alte prestazioni, ma dal peso sostenuto, richiede un rivestimento per resistere all'ossidazione
    • Acciaio inox rispetto all'acciaio ha prestazioni minori, ma non arrugginisce
  • Titanio dalle prestazioni variabili a seconda della lega, ma dal peso contenuto rispetto all'acciaio
  • Tungsteno materiale dall'elevato modulo elastico, generalmente viene creata una lega con l'acciaio
  • Tantalio materiale dall'elevato modulo elastico, viene utilizzata per applicazioni chimiche o che prevedono trattamento chimici, viene generalmente legata al tungsteno

Caratteristiche[modifica | modifica sorgente]

Caratteristiche delle molle:
(1) progressiva (graduale)
(2) lineare
(3) degressiva
(4) quasi costante
(5) progressiva (multi-linearità)

La molla a seconda delle sue caratteristiche costruttive può avere un comportamento differente, esattamente come raffigurato nell'immagine, questo, perché a seconda dell'impiego le caratteristiche della molla devono essere differenti, negli orologi a molla o orologi a bilanciere, questa deve avere una costanza elevata della sua forza, che si ottiene con una molla a spirale, che per la gran parte della sua compressione intermedia ha una forza quasi costante[1].
In altre applicazioni quali le sospensioni si ha una caratteristica lineare grazie a molle elicoidali o a torsione oppure progressiva grazie a molle elicoidali coniche o cilindriche a passo variabile (progressive graduali) o elicoidali cilindriche a doppio passo (progressive a multi-linearità), queste caratteristiche oltre ad essere intrinseche della molla, si possono ricreare o modificare tramite leveraggi o sistemi particolari. Alcune applicazioni invece richiedono una caratteristica degressiva, come il serraggio dei bulloni o il tensionamento di un cuscinetto, per questo si utilizzano le molle a tazza che hanno questa caratteristica, oltre ad avere un ingombro ridotto.[2][3]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Rivista di orologeria - Dalla molla al bilanciere
  2. ^ Molle a tazza
  3. ^ La molla a Tazza Originale SCHNORR tipo K per il precarico dei cuscinetti a sfera

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

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