Cos'è una molla
Una molla è un oggetto elastico, generalmente fabbricato in acciaio, usato ed ottimizzato per accumulare energia meccanica.
Nella meccanica classica, la molla ideale viene adottata per lo studio dell’oscillatore armonico.
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.
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.
DISEGNO DI UN DISPOSITIVO A MOLLA NEL CODICE MADRID
Documentazione tratta e visionabile sul sito di Wikipedia
La teoria
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.
