A força elástica é aquela que surge a partir da deformação (compressão ou distensão) de uma mola, ou de algum outro corpo com propriedades elásticas. Trata-se de uma
força restauradora, isto é, procura sempre compensar, desfazer, a deformação que foi imposta. Assim, a mola sempre tenta voltar a seu comprimento inicial, retornando à sua posição de equilíbrio. Por exemplo, considerando uma mola com uma de suas extremidades fixa: se puxarmos a outra extremidade da mola, distendendo-a, a mola nos
puxará no sentido da extremidade fixa. SA mola sempre voltará para seu tamanho inicial.e apertarmos a mola, comprimindo-a, ela nos empurrará, a fim de restaurar o seu comprimento inicial.
Empiricamente, constata-se que essa força exercida pela mola é diretamente proporcional ao seu deslocamento da posição de equilíbrio, estando ela comprimida ou distendida. Portanto: \[ F = k \cdot x \] Essa equação é conhecida como Lei de Hooke, em homenagem a Robert Hooke, responsável por formulá-la. Nela, k é a constante elástica da mola, e sua unidade é N/m no Sistema Internacional. Tal
constante elástica representa a “dureza” da mola. O deslocamento, ou deformação, x, mede a distância da extremidade da mola com relação à sua posição de equilíbrio, ou seja, é a diferença entre o comprimento e o comprimento relaxado. Uma mola com k alto necessitará de mais força aplicada para obter o mesmo deslocamento, e, portanto, é considerada dura (de difícil deformação). Já uma mola com k baixo, será deformada com uma força menor, e, portanto, é
considerada mole (de fácil deformação). Também pode-se pensar que, para uma mesma força aplicada, a mola dura terá pouco deslocamento, e a mola mole terá maior deslocamento. Gráfico Força x DeformaçãoPela fórmula da Lei de Hooke, a relação entre essas grandezas é linear, sendo a força diretamente proporcional à deformação. Assim, o gráfico pode ser esboçado da seguinte forma: Gráfico força x deformação.Associação de molasCaso sejam posicionadas em conjunto duas molas diferentes, de constantes k1 e k2, o seu efeito combinado pode ser previsto através de uma constante elástica equivalente, keq. Duas molas, associadas em paralelo e em série, respectivamente. Associação em paralelo Se as molas estiverem associadas em paralelo, a mola equivalente será mais dura, e tem-se: \[ K_{eq} = K_{1} + K_{2} \] Demonstração: Estando associadas em paralelo, a deformação x será a mesma. Logo: \[ F_{1} = k_{1} \cdot x \qquad F_{2} = k_{2} \cdot x \] Além disso, a força total exercida é a soma das forças sobre cada mola: \[ F = F_{1} + F_{2} \] Desse modo: \[ F = F_{1} + F_{2} = k_{1} \cdot x + k_{2} \cdot x \qquad \xrightarrow{} \qquad F = (k_{1} + k_{2}) \cdot x \] E, portanto: \[ K_{eq} = K_{1} + K_{2} \] Associação em sérieSe as molas estiverem associadas em série, a mola equivalente será mais mole, e a constante será dada por: \[ \frac{1}{K_{eq}} = \frac{1}{K_{1}} + \frac{1}{K_{2}} \] Demonstração: Como as molas estão em equilíbrio, a força sofrida por cada uma é igual (por conta da 3ª Lei de Newton), mas a deformação de cada uma será diferente. \[ F=k_{1} \cdot x_{1} \qquad F=k_{2} \cdot x_{2} \] \[ x_{1} = \frac{F}{k_{1}} \qquad x_{2} = \frac{F}{k_{2}} \] A deformação total é a soma das deformações: \[ x=x_{1} + x_{2}= \frac{F}{k_{1}} + \frac{F}{k_{2}} = F \cdot (\frac{1}{k_{1}} + \frac{1}{k_{2}}) \] Assim, para obter \(x=\frac{F}{k_{eq}}\), tem-se: \( \frac{1}{K_{eq}} = \frac{1}{K_{1}} + \frac{1}{K_{2}} \) Para o caso que, em vez de duas molas, sejam associadas n molas, as fórmulas apresentadas acima terão n parcelas. Contudo, é mais simples realizar a conversão de duas em duas molas. DinamômetroDinamômetros são instrumentos utilizados para medir força (algumas vezes o peso, outras a tração em um fio) tendo como base a Lei de Hooke. Sua escala de força usa uma mola, em seu interior, que é deformada sob a ação da força. Como a deformação é proporcional à força (Lei de Hooke), o que sua escala faz é multiplicar a deformação pela constante da mola, de modo a informar a força. Dinamômetro. Movimento Harmônico Simples Um movimento harmônico simples (MHS) é um movimento oscilatório, no qual a força é proporcional ao deslocamento. Assim, um corpo oscilando preso a uma mola é um exemplo clássico de oscilador harmônico. Exemplo de movimento harmônico simples. Esse movimento é supostamente ideal, sem perdas por atrito, e a amplitude de oscilação se mantém constante. É possível demonstrar a frequência desse movimento por: \[ f=\frac{1}{2 \pi} \cdot \sqrt{\frac{k}{m}} \] FórmulasExercício de fixação PUC-SP/1999 A mola da figura tem constante elástica 20 N/m e encontra-se deformada de 20cm sob a ação do corpo A cujo peso é 5N. Nessa situação, a balança, graduada em Newtons, marca: A 1 N B 2 N C 3 N D 4 N E 5 N O que é possível afirmar sobre a relação entre a deformação do elástico à medida que você utiliza objetos de maior massa é a força elástica?A teoria afirma que a distensão de um objeto elástico é diretamente proporcional à força aplicada sobre ele. Como exemplo, podemos pensar numa mola. Ao esticá-la, ela exerce uma força contrária ao movimento realizado. Assim, quando maior a força aplicada, maior será sua deformação.
Quanto maior for a constante elástica da mola maior será sua deformação para uma mesma força?E) A constante elástica não influencia a deformação de um corpo. A constante elástica é diretamente proporcional à força aplicada e inversamente proporcional à deformação, ou seja, quanto maior a constante elástica, maior deve ser a força aplicada, e mais difícil será a deformação da corda.
O que acontece com a deformação da mola à medida que aumentamos a força?A lei de Hooke estabelece que, quando uma mola é deformada por alguma força externa, uma força elástica restauradora passa a ser exercida na mesma direção e no sentido oposto à força externa. Essa força elástica, por sua vez, é variável e depende do tamanho da deformação que é sofrida pela mola.
Qual a relação matemática entre a força elástica é a deformação?Força elástica: fórmula
A fórmula para calcular a força elástica é Fe = k x X, em que: Fe — força elástica, dada em newtons; k — constante elástica do corpo, dada em newtons/metro; X — deformação percebida no corpo após a aplicação da Fe, dada em metros.
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