A Lei de Hooke

Resumo: Este trabalho trata-se de um experimento da disciplina Física Teórica Experimental II, direcionado à aplicação da Lei de Hooke.O Objetivo do experimento é construir e interpretar o gráfico força deformante x elongação, enunciar a Lei de Hooke, reconhecer a validade da Lei de Hooke, utilizar o conhecimento da Lei de Hooke para descrever o funcionamento de um dinamômetro. Para tanto, foi necessário a utilização de um equipamento de sustentação com painel, tripé, haste e sapatas; três molas helicoidais; um conjunto de três massas acopláveis de 50 g; um gancho lastro; um suporte inferior móvel; e uma escala milimetrada acoplável. Após o experimento concluiu-se que as molas helicoidais se distendem e se comprimem quando sujeitas à ação de forças externas, sendo que cada mola poderá suportar até uma certa intensidade de força deformante. Assim, quando ultrapassado o limite de força suportável, a mola tende a sofrer uma deformação permanente (plástica), isto é, cessada a ação da força deformante, a mola não retornará mais ao seu comprimento inicial. Contudo, destaca-se que este trabalho focou exclusivamente na deformação temporária, conhecida como elástica, a qual possibilita que a mola retorne ao seu ponto de equilíbrio assim que removida a força ora aplicada. Observou-se finalmente, que quando se aplica uma Força para baixo em uma massa acoplada a uma mola, há uma oscilação na mesma proporção do deslocamento para mais ou menos em relação ao ponto de equilíbrio.

Palavras-chave: Lei de Hooke, Deformação Plástica e Elástica, força restauradora de uma mola e Terceira Lei de Newton.

1. INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Neste trabalho buscou-se aplicar os conceitos da Lei de Hooke, verificando as deformações temporárias, conhecidas também como deformação elástica, bem como a força restauradora de uma mola, a constante elástica da mola helicoidal e a terceira Lei de Newton.

Considerando a importância da compreensão dos conceitos para uma perfeita aplicação, utilizou-se do referencial de BARROS (2016), segundo a qual considera que o Movimento Harmônico Simples (MHS) é um movimento de um ponto material que possui características bem simples e pontuais, ou seja, o movimento do ponto material é unidimensional e o sentido da sua velocidade se inverte periodicamente.

Constatou-se na ainda na literatura, que A lei de Hooke leva em conta apenas a força externa exercida sobre a mola, não considera a força de reação que a mola exerce sobre o agente que a traciona (Barros, 2016).

Verificou-se também que a força além de ser capaz de colocar objetos em movimento, fazê-los parar, também pode ser capaz de deformá-los. Quando, sob a ação da força, um objeto se deforma, ele poderá apresentar dois tipos de deformação, quais sejam a Deformação permanente e a deformação temporária.

Na deformação permanente, uma vez deformado, o objeto não retorna mais a sua forma anterior, mesmo cessando de atuar a força que o deformou. Esse tipo de deformação é denominada também de deformação plástica. Já na deformação temporária, quando, uma vez deformado, o objeto retorna a sua forma anterior assim que removida a força que o deformou, sendo também denominada de deformação plástica.

Nesta fundamentação teórica, faz-se necessário destacar que pela Terceira Lei de Newton, ao sofrer a ação de uma força aplicada por uma agente externo, a mola aplica sobre este agente uma força contrária e de igual valor modular, denominada de Força de Reação.

Diante deste referencial, buscou-se analisar a hipótese de que haverá oscilação ou deformação de uma mola na mesma proporção do deslocamento para mais ou para menos em relação ao ponto de equilíbrio. Para tanto, o trabalho foi estruturado em seis tópicos, sendo iniciado por esta introdução, seguida da descrição do experimento, apresentação dos resultados obtidos, os comentários sobre as relações entre teoria e resultados experimentais, conclusão e finalmente o referencial teórico utilizado.

2. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO

Para realização deste experimento foi necessário a utilização de um equipamento de sustentação com painel, tripé, haste e sapatas; três molas helicoidais; um conjunto de três massas acopláveis de 50 g; um gancho lastro; um suporte inferior móvel; e uma escala milimetrada acoplável, conforme figura 1 abaixo apresentada.

Figura 1 – Conjunto de equipamento de medição

Para realização dos procedimentos abaixo descritos, foi utilizada a fórmula K= ΔF / ΔX. Sendo que K é a constante elástica da mola helicoidal; ΔF é a variação da Força restauradora encontrada pela diferença entre a Força final e a Força inicial (Ff-Fi); ΔX é a variação da elongação da mola, encontrada pela diferença entre a elongação final e elongação inicial (Ef-Ei).

Destaca-se que foram realizadas quatro simulações neste experimento, conforme descritos abaixo.

1ª Simulação: Verificação do comportamento da Força Peso aplicada pelas massas versus a deformação da mola (utilizando apenas uma mola)

Inicialmente foi colocado o gancho lastro suspenso em uma mola, verificando a posição de equilíbrio arbitrada como zero. Destaca-se que no experimento, o gancho lastro não foi considerado como carga.

Na sequência foram acrescentadas as massas de 50 g em três medições consecutivas, sendo realizado o registro da variação da elongação a cada medição, gerando um gráfico que será apresentado no campo dos Resultados.

Em seguida, após as medições buscou-se determinar a relação matemática existente entre a força e a elongação sofrida pela mola, utilizando a fórmula acima apresentada.

2ª Simulação: Verificação do comportamento da Força Peso aplicada pelas massas versus a deformação da mola (utilizando duas molas em série)

Inicialmente foi colocado o gancho lastro suspenso em duas molas em série, verificando a posição de equilíbrio arbitrada como zero.

Na sequência foram acrescentadas as massas de 50 g em três medições consecutivas, sendo realizado o registro da variação da elongação a cada medição.

3ª Simulação: