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.
5
Constante elástica da mola
Força da
mola (N)
Força aplicada (N)
Compressão/alongamento
(dependendo da força aplicada)
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 da
mola (N)
Força aplicada (N)
Compressão/alongamento
(dependendo da força aplicada)
Deslocamento (m)
0
0
Nenhum
0
Constante elástica da mola
Força da
mola (N)
Força aplicada
(N)
Compressão/alongamento
(dependendo da força
aplicada)
Deslocamento
0
0
0
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
5
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 | ||||||||
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede pra gente explorar como a força aplicada em uma mola está relacionada com o quanto ela se deforma, seja por compressão ou alongamento. A gente vai usar a teoria das molas, que envolve a constante elástica da mola (k), e a fórmula que relaciona a força (F) com o deslocamento (x):
. Vamos precisar escolher duas constantes diferentes para as molas e aplicar forças variadas para ver como elas respondem. Vamos fazer isso passo a passo!
Passo 2
Primeiro, vamos escolher duas constantes elásticas diferentes para as molas. Vamos usar
e
. Essas duas constantes vão nos ajudar a ver como molas mais “moles” ou mais “rígidas” reagem às mesmas forças aplicadas.
Passo 3
Agora, vamos escolher as forças que vamos aplicar. Vamos seguir o exemplo do enunciado e usar forças de
a
em passos de
. Isso significa que teremos as seguintes forças:
,
,
,
,
,
e
. As forças negativas vão causar compressão e as positivas, alongamento na mola.
Passo 4
Vamos usar a fórmula
para calcular o deslocamento de cada mola com as forças escolhidas. Vamos fazer isso para as duas constantes
e
.
Passo 5
Vamos preencher a primeira tabela para a mola com
:
[
Constante elástica da mola
|
|||||||
|
Força aplicada (N) |
|
Deslocamento (m) | ||||
15 | -15 | Compressão |
|
||||
10 | -10 | Compressão |
|
||||
5 | -5 | Compressão |
|
||||
0 | 0 | Nenhum | 0 | ||||
-5 | 5 | Alongamento |
|
||||
-10 | 10 | Alongamento |
|
||||
-15 | 15 | Alongamento |
|
]
Passo 6
Agora, vamos preencher a segunda tabela para a mola com
:
[
Constante elástica da mola
|
|||||||
|
Força aplicada (N) |
|
Deslocamento (m) | ||||
15 | -15 | Compressão |
|
||||
10 | -10 | Compressão |
|
||||
5 | -5 | Compressão |
|
||||
0 | 0 | Nenhum | 0 | ||||
-5 | 5 | Alongamento |
|
||||
-10 | 10 | Alongamento |
|
||||
-15 | 15 | Alongamento |
|
]
Passo 7
Vamos dar uma olhada nos resultados:
-
Mola com
: Para a mesma força aplicada, o deslocamento é maior. Por exemplo, uma força de resulta em um deslocamento de . -
Mola com
: O deslocamento é menor para a mesma força. Usando , temos um deslocamento de apenas .
Isso mostra que a constante elástica
determina o quanto a mola resiste à deformação. Molas com
maior são mais rígidas e se deformam menos sob a mesma força, enquanto molas com
menor são mais flexíveis e se deformam mais.
Resposta
Com as constantes elásticas
e
, aplicando forças de
a
em passos de
, obtivemos os seguintes deslocamentos:
-
Para
: -
Para
:
Isso demonstra que uma mola com constante elástica maior se deforma menos sob a mesma força aplicada.
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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?
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