Resorte de torsión
Un resorte de torsión es un tipo de muelle que trabaja cuando se somete a torsión, esto es, mediante su elasticidad es capaz de almacenar energía mecánica cuando es girado y puede devolverla en forma de un movimiento de giro cuando se libera. La cantidad de fuerza que libera es proporcional al ángulo total en que se ha girado. Existen dos tipos:
Mientras que el resorte no alcance su límite elástico, el resorte de torsión debe obedecer la forma angular de la ley de Hooke:
donde es el esfuerzo de torsión ejercido por el resorte en newton-metros, y es el ángulo de giro desde la posición de equilibrio en radianes. es una constante con unidades de newton-metros/radianes, que se le llama el coeficiente de torsión, módulo elástico de torsión, ratio o simplemente constante elástica del muelle, igual al esfuerzo de torsión requerido para girar el resorte un ángulo de 1 radián. Este coeficiente es análogo al coeficiente elástico lineal. El signo negativo indica que la dirección del resorte es contrario a la dirección del giro.
La energía U, en julios, almacenada en el resorte de torsión es:
Algunos ejemplos familiares del uso de resortes de torsión son las pinzas de la ropa y las trampas para ratones tradicionales. Otros usos menos conocidos son en los mecanismos de contrapeso en las puertas de garaje, o en los mecanismos de apertura de maleteros de coches. Algunos pequeños resortes se usan para equipos electrónicos como tapaderas de cámaras digitales o reproductores de CD. Otros usos más específicos son:
Los péndulos, las ruedas y los resortes de torsión son ejemplos de osciladores armónicos de torsión que pueden oscilar con un giro rotacional alrededor de su eje de torsión, en sentido horario o antihorario.
Su comportamiento es análogo al de los osciladores longitudinales resorte-masa, siendo la ecuación general del movimiento:
Si la amortiguación es pequeña,
que es el caso de los péndulos y las ruedas de torsión, la frecuencia de vibración es muy cercana a la de resonancia mecánica del sistema:
Análogamente, el período es representado por:
La solución general en este caso en que no hay fuerzas conductoras (), llamada la solución transitoria, es:
donde: