O 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 através das partículas que compõem os objetos.
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 constituem são posteriormente separadas. 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 ao se opor à força de deformação são chamados de objetos elásticos. Molas, elásticos e cordas elásticas são exemplos de objetos elásticos..
Índice do artigo
A força elástica (Fk) é a força que um objeto exerce para recuperar seu estado de equilíbrio natural após ser afetado por uma força externa.
Para analisar a 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. À medida que 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 em que 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 estado de 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.
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.
Fk = -k.Δs [1]
Fk = Força elástica
k = Constante de proporcionalidade
Δs = Deslocamento
Quando o objeto é deslocado horizontalmente, como no caso da mola fixada na parede, o deslocamento é Δx, e a expressão da Lei de Hooke está escrita:
Fk = -k.Δx [dois]
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 de que a mola é feita. A unidade da constante k isso é N / m.
Objetos elásticos têm um limite de elasticidade que dependerá da constante de deformação. Se for esticado além do limite elástico, se deformará permanentemente.
As equações [1] e [2] se aplicam a pequenos deslocamentos da mola. Quando os deslocamentos são maiores, termos com maior potência de Δx.
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 [3].
U = ½ k . Δxdois[3]
A energia potencial é expressa em Joules (J).
Quando a força de deformação não é mais aplicada, a mola acelera em direção à posição de equilíbrio, diminuindo a energia potencial e aumentando a energia cinética..
A energia cinética do sistema mola-massa, quando atinge a posição de equilíbrio, é determinada pela equação [4].
Ek= ½ m.vdois[4]
m = massa
v = velocidade da mola
Para resolver o sistema mola-massa, a segunda lei de Newton é aplicada levando em consideração que a força elástica é uma força variável..
Quanta força é necessária para aplicar a uma mola para que ela se estique 5cm se a constante da mola for 35N / m?
Uma vez que a força de aplicação é oposta à força elástica, é determinado Fk assumindo que a mola é esticada horizontalmente. O resultado não requer o sinal negativo, pois apenas a força de aplicação é necessária.
Lei de Hooke
Fk = -k.Δx
A constante k Primavera é 35N / m.
Δx = 5cm = 0,05m
Fk = -35N / m. 0,05 m
Fk = - 1,75N = - F
Precisa-se 1,75 N força para deformar a mola 5cm.
Qual é a constante de tensão de uma mola que é esticada 20 cm pela ação de uma força de 60N?
Δx =20cm = 0,2m
F = 60N
Fk = -60N = - F
k = - Fk / Δx
= - (- 60N) / 0,2m
k = 300 N / m
A constante da primavera é 300N / m
Qual é a energia potencial referida ao trabalho realizado pela força elástica de uma mola de compressão 10cm e sua constante de tensão é 20N / m?
Δx =10cm = 0,1m
k = 20 N / m
Fk = -20N / m. 0,1m
Fk = -200N
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 [3]
U = ½ k . Δxdois
U = ½ (20N / m). (0,1m)dois
U = 0,1 Joules
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