Enunciado

Um fio de cobre com diâmetro e comprimento respectivamente iguais a 2 m m e 10   m está esticado entre dois postes. Sabendo que a força de tração no fio é 110   N , determine o trabalho necessário para esticar o fio. Lembre que a tensão normal σ = E L - L 0 L 0   é função do comprimento do corpo, L , do comprimento do corpo não tracionado, L 0 , e do módulo de Y o u n g , E. Admita que o módulo de Y o u n g do cobre é igual a 1,1 ∙ 10 6 k P a .

Passo 1

Fala galera, beleza?

Temos um fio de cobre sendo tensionado e temos que determinar o trabalho realizado pelo sistema.

Galera teremos que determinar a variação do comprimento para o cálculo do trabalho realizado pelo processo, portanto, vamos determinar essa variação e após isso o nosso trabalho.

Passo 2

Seguindo que σ = t e n s ã o , e = d e f o r m a ç ã o e E = m ó d u l o   d a   e l a s t i c i d a d e

Temos que a deformação é definida por:

e = Δ L L 0

E a tensão por:

σ = F A = E e

Isolando F :

F = E e A

Substituindo e na força:

F = E ∙ Δ L ∙ A L 0

Isolando Δ L :

Δ L = F ∙ L 0 E ∙ A

Passo 3

Δ L definido , basta substituir os valores e calcular a área, temos:

A = π 4 D 2 = π 4 2 ∙ 10 - 3 2 = 3,142 ∙ 10 - 6 m 2

Δ L = F ∙ L 0 E ∙ A

Δ L = 110 ∙ 10 3,142 ∙ 10 - 6 ∙ 1,1 ∙ 10 6 ∙ 10 3 = 0,318   m

Passo 4

Com a variação do comprimento calculado, o trabalho pode ser definido por:

W = ∫ F d x

Isolando F da equação da tensão σ = F A e substituindo no trabalho:

W = ∫ A ∙ σ   d x

Substituindo a σ = E e = E ∙ Δ L L 0

W = ∫ A ∙ E ∙ Δ L L 0   d x

Como Δ L = x - x 0 integrando o trabalho, temos:

W = A E L 0 ∙ Δ L 2 2

Substituindo valores:

W = 3,142 ∙ 10 - 6 ∙ 1,1 ∙ 10 6 ∙ 10 3 10 ∙ 0,318 2 2  

W = 17,47   J

É isso galera, valeu.

Resposta

W = 17,47   J

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