Experiência 6 - Lei de Hooke

Faculdade de Engenharia de Sorocaba
Laboratório de Física
Física Experimental I
EXPERIÊNCIA 06
Nome
Número
Turma
Data
Lei de Hooke
6.1 Fundamentos Teóricos
O físico inglês Robert Hooke (1635-1703) foi o primeiro a demonstrar que
para muitos materiais elásticos, a deformação é diretamente proporcional a uma força
elástica que resiste a essa deformação. A expressão matemática dessa relação é
conhecida como Lei de Hooke, conforme a fórmula 6.1.
Felástica = − k .∆ x
[6.1]
Onde:
- ∆x: Deformação linear (m);
- k: Constante elástica (N/m);
O sinal “-“ na equação escalar indica que, a força elástica e a deformação
são representados por vetores com sentidos opostos.
Uma mola espiral é um ótimo exemplo de um corpo elástico cuja deformação
pode ser considerada aproximadamente unidimensional. A constante elástica k de uma
mola depende do material que a constitui, da espessura do fio de enrolamento e do
número e diâmetro das espiras. Se considerarmos uma mola de massa desprezível
suspensa por uma das suas extremidades, X0 é a posição inicial (não deformada) da
extremidade solta e ∆x corresponde ao deslocamento provocado a essa mesma
extremidade. Se ao suspendermos da mola um corpo de massa m, a extremidade solta
desta se deslocar de X0 para uma nova posição de equilíbrio X, nessas condições a força
aplicada é o peso do corpo que equilibra a força elástica, conforme a equação 6.2.
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mg = k (x − x 0 )
[6.2]
A equação 6.2 exprime a proporcionalidade entre a elongação da mola e o
peso do corpo nela suspenso, e pode ainda ser escrita na forma F = k ⋅ (x − x0 ) , que tem a
forma da equação de uma reta y = ax + b , com declive a = k e ordenada na origem
b = k ⋅ x0 . Este comportamento é observado dentro dos limites elásticos da mola, em que
na ausência de uma força aplicada, a mola recupera o seu comprimento inicial. Para além
desse limite, dá-se uma deformação permanente ou quebra, conforme a figura 6.1.
Figura 6.1 – Exemplos de força elástica
6.2. Experimental
Este experimento tem a finalidade de determinar as características das molas
em estudo e da força elástica. Conhecendo estes dois itens importantes é possível realizar
experimentos que envolvem sistemas com molas.
Material Experimental
- Três molas;
- Pesos;
- Suporte para as molas;
- Régua;
- Calculadora Científica;
Procedimento Experimental
Inicialmente é de suma importância a montagem do suporte onde será presa
as molas para a realização do experimento. O suporte conta com um tripé, duas barras
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que serão ligadas perpendicularmente entre si (através da peça de união) e duas hastes
onde serão colocadas as molas. A figura 6.2 ilustra a montagem experimental do suporte.
Figura 6.2 – Suporte para o Experimento
A cada haste será colocada um tipo de mola, para cada mola deverá ser
medido o comprimento da mola com ela sem carga, ou seja, com ela em repouso.
Após esta medição deverá ser colocados os pesos e mensurados os
comprimentos das molas para cada peso, os dados deverão ser apresentados através da
tabela 6.1e 6.2 que estão representadas abaixo.
Tabela 6.1 e 6.2
Mola:
Massa
(kg)
Peso (N) x (cm) Δx (cm)
Mola:
k (N/cm)
Valor Médio de k =
Massa
(kg)
Peso (N)
x (cm)
Δx (cm)
k (N/cm)
Valor Médio de k =
Com as tabelas preenchidas, faça o gráfico de força elástica pelo
comprimento para cada uma das molas no Excel.
6.3 Esquema e montagem experimental
6.4 Conclusão
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6.5 Questionário
1) Aplicando-se uma força de 236,7 N numa mola ela sofre uma deformação
de 1,86 cm. Qual a força que deforma a mola a 10 cm?
2) Uma mola é submetida à ação de uma força de tração. O gráfico abaixo
indica a intensidade da força tensora em função da deformação x . Determine:
a) a constante elástica da mola;
b) a deformação x quando F = 3,5 N .
3) A constante elástica de uma mola é de 26,11 N/cm. Determine a
deformação sofrida pela mola ao se aplicar nela uma força de 120 N.
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