Explore diferentes tipos de molas alterando a constante da mola nos valores:
e
.
Qual é a diferença entre elas, qual é mais grossa? Qual é mais fina, qual é mais difícil (em termos de força aplicada) de esticar/comprimir?
Qual é a diferença entre elas, qual é mais grossa? Qual é mais fina, qual é mais difícil (em termos de força aplicada) de esticar/comprimir?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício juntos! A gente tem três molas com constantes diferentes:
,
e
. A questão pede pra gente explorar as diferenças entre elas, descobrir qual é mais grossa, qual é mais fina e qual é mais difícil de esticar ou comprimir em termos de força aplicada. Para isso, vamos usar o conceito de constante da mola, que está relacionada com a Lei de Hooke. Vamos precisar entender um pouco dessa lei e como a constante da mola influencia o comportamento dela.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar a Lei de Hooke, que é essencial pra entender como as molas funcionam. A Lei de Hooke diz que a força necessária para esticar ou comprimir uma mola é diretamente proporcional à quantidade de deformação (alongamento ou compressão) que ocorre. Matematicamente, isso é representado por:
Onde:
-
é a força aplicada na mola (em Newtons, N), -
é a constante da mola (em N/m), -
é a deformação da mola (em metros, m).
Essa equação nos mostra que quanto maior for a constante da mola (
), mais força é necessária para esticá-la ou comprimí-la uma certa distância.
Passo 3
Agora, vamos analisar as constantes das três molas que temos:
,
e
. A constante da mola nos dá uma ideia de quão rígida ou resistente a mola é.
-
Mola com
: Tem a menor constante, o que significa que é mais flexível. Dá pra esticá-la ou comprimi-la mais facilmente com menos força. -
Mola com
: Está no meio termo. É mais rígida que a de , mas menos rígida que a de . -
Mola com
: Tem a maior constante, então é a mais rígida. Requer mais força para ser esticada ou comprimida o mesmo quanto das outras.
Passo 4
Sobre a espessura das molas, geralmente, uma mola mais rígida (com maior constante) tende a ser mais grossa. Isso porque para resistir a mais força sem deformar muito, ela precisa ter mais material ou um diâmetro maior.
- Mais grossa: A mola com
. - Intermediária: A mola com
. - Mais fina: A mola com
.
Passo 5
Agora, respondendo diretamente às perguntas:
-
Diferenças entre elas: As molas têm diferentes constantes, o que afeta sua rigidez e a força necessária para deformá-las.
-
Qual é mais grossa: A mola com
é a mais grossa. -
Qual é mais fina: A mola com
é a mais fina. -
Qual é mais difícil de esticar/comprimir: A mola com
é a mais difícil de esticar ou comprimir porque tem a maior constante.
Resposta
As três molas diferem nas suas constantes de mola, influenciando sua rigidez e a força necessária para deformá-las. A mola com
é a mais grossa e, consequentemente, a mais difícil de esticar ou comprimir. Já a mola com
é a mais fina e a mais fácil de deformar. A mola intermediária, com
, tem características entre as duas.
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e a constante elástica da mola é
. A deformação (compressão) na mola é
. Será que ele vai conseguir atingir a altura da janela de Mariazinha? Caso contrário, discuta como o dispositivo deveria ser alterado para que ele consiga alcançar a altura desejada. Lembre-se que a alteração do projeto deve considerar a relação custo-benefício.
Determine o momento da força
em relação ao ponto
. Resp
.
Como os vetores de deslocamento e de força aplicada se comparam entre si?
Vamos agora explorar a relação entre a força e o deslocamento devido à deformaçã̃o da mola.
Usaremos diferentes molas com constantes elásticas. Para cada constante, altere a força aplicada e registre o quanto a mola se estica ou se comprime na tabela abaixo.
Para variar a força, você pode usar qualquer passo que desejar, por exemplo, de 15 N a 15 N . Obtenha pelo menos 6 dados, certificando-se de obter quantidades iguais de dados de força positiva e negativa.
A tabela abaixo é um exemplo para uma constante elástica de . Escolha dois valores diferentes para essa variável e complete sua própria tabela com seus dados e observações.
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Usaremos diferentes molas com constantes elásticas. Para cada constante, altere a força aplicada e registre o quanto a mola se estica ou se comprime na tabela abaixo.
Para variar a força, você pode usar qualquer passo que desejar, por exemplo, de 15 N a 15 N . Obtenha pelo menos 6 dados, certificando-se de obter quantidades iguais de dados de força positiva e negativa.
A tabela abaixo é um exemplo para uma constante elástica de
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Constante elástica da mola
|
||||||||||
|
Força aplicada (N) |
|
Deslocamento (m) | |||||||
15 | -15 | Compressão | -0.150 | |||||||
10 | -10 | Compressão | -0.100 | |||||||
5 | -5 | Compressão | -0.050 | |||||||
0 | 0 | Nenhum | 0 | |||||||
-5 | 5 | Alongamento | 0.050 | |||||||
-10 | 10 | Alongamento | 0.100 | |||||||
-15 | 15 | Alongamento | 0.150 | |||||||
Constante elástica da mola
|
||||||||||
|
Força aplicada (N) |
|
Deslocamento (m) | |||||||
0 | 0 | Nenhum | 0 | |||||||
Constante elástica da mola
|
||||||||||
|
|
|
Deslocamento
|
|||||||
0 | 0 | 0 | ||||||||