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Como calcular a força exercida por uma mola de compressão

A lei de Hooke determina o tamanho e direção da força em uma mola comprimida. Nesse caso, o sentido da força é oposto ao da compressão. A força depende diretamente da distância linear à qual a mola foi comprimida e da constante elástica, uma medida exclusiva para cada mola, que é determinada experimentalmente pela suspensão de um objeto em uma mola posicionada verticalmente. A massa do objeto suspenso e a distância em que a mola é deformada permitem o cálculo da constante.

Instruções

Meça a constante elástica de uma mola com ferramentas simples (spring image by Edsweb from Fotolia.com)

    Cálculo da constante da mola

  1. Suspenda a mola verticalmente, de modo que suas laterais estejam livres.

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  2. Coloque um objeto em uma balança e determine seu peso, em quilogramas. Escolha um objeto que não fará a mola deslocar-se mais do que metade do seu comprimento, para que ela não seja danificada. Para este exemplo, considere que o objeto tenha massa de 227 g.

    Meça o peso com uma balança (diet scale image by sparkia from Fotolia.com)
  3. Converta o peso do objeto para newtons, a unidade científica de força, multiplicando-o por 0,0098, já que um grama é equivalente a esse valor em newtons. Realizando esse cálculo, 227 vezes 0,0098 é igual a 2,22.

  4. Pendure o objeto na parte inferior da mola verticalmente suspensa e meça o comprimento em que ela é deformada, em centímetros. Para este exemplo, assuma que esse deslocamento seja de 10 cm.

    Utilize uma trena para determinar distâncias (tape measure ruler image by MichMac from Fotolia.com)
  5. Converta a distância de deformação da mola para metros dividindo por 100, já que esse é o número de centímetros equivalentes a 1 m. Assim, dividindo 10 cm por 100, obtém-se a deformação de 0,1 m.

  6. Divida a força peso do objeto pela deformação para obter a constante da mola em newtons por metro. Continuando o exemplo, 2,22 newtons divididos por 0,10 metros é igual a 22,2 newtons por metro.

    Cálculo da força elástica

  1. Coloque a mola horizontalmente sobre uma mesa com uma extremidade encostada na parede.

  2. Comprima a mola contra a parede com uma mão enquanto mede a distância, em centímetros, em que a mola é deformada com a outra mão. Para exemplificar, assuma que essa deformação tenha sido de 5 cm.

    Use uma trena para medir distâncias (tape measure image by Alison Bowden from Fotolia.com)
  3. Converta a deformação para metros, dividindo por 100. Desse modo, 5 dividido por 100 é igual a 0,05 m.

  4. Multiplique a constante da mola pela deformação para obter a força elástica, em newtons. Concluindo o exemplo, 22,2 newtons por metro vezes 0,05 m resulta em uma força elástica de 1,11 newtons.

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Dicas

  • Ao aplicar a lei de Hooke, devem ser utilizadas as unidades do sistema métrico.

O que você precisa

  • Trena
  • Balança
  • Calculadora

Referências

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