- Qual é a força elástica?
- Fórmulas
- Energia cinética e energia potencial referida a uma força elástica
- Obtendo energia potencial
- Referências
A força elástica é a força que um objeto exerce para resistir a uma mudança em sua forma. Ela se manifesta em um objeto que tende a recuperar sua forma quando está sob a ação de uma força de deformação.
A força elástica também é chamada de força restauradora porque se opõe à deformação para retornar os objetos à sua posição de equilíbrio. A transferência da força elástica se dá por meio das partículas que compõem os objetos.
Força elástica de uma mola
Por exemplo, quando uma mola metálica é comprimida, é exercida uma força que empurra as partículas da mola, diminuindo a separação entre elas, ao mesmo tempo que as partículas resistem ao empurrão exercendo uma força contrária à compressão.
Se em vez de comprimir a mola ela for puxada, esticando-se, as partículas que a compõem se separam mais. Da mesma forma, as partículas resistem a serem separadas, exercendo uma força contrária ao alongamento.
Objetos que têm a propriedade de recuperar sua forma original por oposição à força de deformação são chamados de objetos elásticos. Molas, elásticos e cordas elásticas são exemplos de objetos elásticos.
Qual é a força elástica?
A força elástica (F k) é a força que um objeto exerce para recuperar seu estado de equilíbrio natural após ser afetado por uma força externa.
Para a análise da força elástica, será levado em consideração o sistema de massa ideal da mola, que consiste em uma mola colocada horizontalmente presa em uma extremidade à parede e na outra extremidade a um bloco de massa desprezível. As outras forças que atuam no sistema, como a força de atrito ou a força da gravidade, não serão levadas em consideração.
Se uma força horizontal é exercida sobre a massa, direcionada para a parede, esta é transferida para a mola, comprimindo-a. A mola se move de sua posição de equilíbrio para uma nova posição. Como o objeto tende a permanecer em equilíbrio, a força elástica na mola que se opõe à força aplicada se manifesta.
O deslocamento indica o quanto a mola se deformou e a força elástica é proporcional a esse deslocamento. Conforme a mola é comprimida, a variação de posição aumenta e, conseqüentemente, a força elástica aumenta.
Quanto mais a mola é comprimida, mais força oposta ela exerce até chegar a um ponto onde a força aplicada e a força elástica se equilibram, conseqüentemente o sistema mola-massa para de se mover. Quando você para de aplicar força, a única força que atua é a força elástica. Essa força acelera a mola na direção oposta à deformação até que ela recupere o equilíbrio.
O mesmo acontece ao esticar a mola, puxando a massa horizontalmente. A mola é esticada e imediatamente exerce uma força proporcional ao deslocamento oposto ao estiramento.
Fórmulas
A fórmula da força elástica é expressa pela Lei de Hooke. Esta lei estabelece que a força elástica linear exercida por um objeto é proporcional ao deslocamento.
F k = -k.Δ s
F k = força elástica
Lei de Hooke. Força elástica proporcional ao alongamento.
O sinal negativo na equação indica que a força elástica da mola está na direção oposta à força que causou o deslocamento. A constante de proporcionalidade k é uma constante que depende do tipo de material do qual a mola é feita. A unidade da constante k é N / m.
Objetos elásticos têm um limite de elasticidade que dependerá da constante de deformação. Se for esticado além do limite elástico, ele se deformará permanentemente.
A equação y se aplica a pequenos deslocamentos da mola. Quando os deslocamentos são maiores, os termos com maior potência de Δ x são adicionados.
Energia cinética e energia potencial referida a uma força elástica
A força elástica atua na mola movendo-a em direção à sua posição de equilíbrio. Durante este processo, a energia potencial do sistema de massa da mola aumenta. A energia potencial devido ao trabalho realizado pela força elástica é expressa na equação.
A energia potencial é expressa em Joules (J).
Quando a força de deformação não é aplicada, a mola acelera em direção à posição de equilíbrio, diminuindo a energia potencial e aumentando a energia cinética.
A energia cinética do sistema de molas de massa, quando atinge a posição de equilíbrio, é determinada pela equação.
A constante da mola k é 35N / m.
Demora 1,75 N de força para deformar a mola em 5 cm.
Qual é a constante de deflexão de uma mola que é esticada 20 cm pela ação de uma força de 60N?
A constante da mola é 300N / m
Obtendo energia potencial
Qual é a energia potencial referida ao trabalho realizado pela força elástica de uma mola que é comprimida 10cm e sua constante de deformação é 20N / m?
A força elástica da mola é -200N.
Essa força atua na mola para movê-la em direção à sua posição de equilíbrio. Fazer este trabalho aumenta a energia potencial do sistema.
A energia potencial é calculada com a equação
Referências
- Kittel, C, Knight, WD e Ruderman, M A. Mechanics. US: Mc Graw Hill, 1973, Vol. I.
- Rama Reddy, K, Badami, SB e Balasubramanian, V. Oscillations and Waves. Índia: Universities Press, 1994.
- Murphy, J. Physics: understanging the properties of matter and energy. Nova York: Britannica Educational Publishing, 2015.
- Giordano, N J. College Physics: Reasoning and Relationships. Canadá: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D e Resnick, R. Fundamentals of Physics. EUA: Wiley, 2014.