A força elástica é uma força que surge quando um corpo é deformado pela aplicação de uma força externa e, ao ser liberado, retorna à sua forma original. Essa força é característica de materiais elásticos, como molas e borrachas.
A sua intensidade pode ser calculada pela Lei de Hooke, que relaciona a força elástica (F) com a constante elástica (k) e a deformação (x) do corpo. A fórmula para calcular a força elástica é F = -kx, onde o sinal negativo indica que a força é oposta à deformação.
Para resolver exercícios envolvendo força elástica, é importante determinar a constante elástica do material, a deformação sofrida e aplicar a fórmula de acordo com a situação proposta. Geralmente, esses exercícios envolvem o cálculo da força necessária para deformar um corpo elástico ou a determinação da deformação causada por uma força específica.
Em suma, a força elástica é um conceito fundamental da física que desempenha um papel importante em diversos fenômenos do dia a dia, sendo essencial compreender suas propriedades e aplicações para resolver problemas e entender o comportamento de materiais elásticos.
Qual é a equação que representa a Lei de Hooke na física?
Na física, a Lei de Hooke descreve o comportamento de materiais elásticos, ou seja, aqueles que podem se deformar quando uma força é aplicada e retornar à sua forma original quando a força é removida. A equação que representa a Lei de Hooke é F = -kx, onde F é a força elástica, k é a constante elástica do material e x é a deformação sofrida pelo material. Essa equação mostra que a força elástica é diretamente proporcional à deformação sofrida pelo material.
A constante elástica k varia de acordo com o material em questão e é uma medida da rigidez do material. Quanto maior o valor de k, mais rígido é o material e mais difícil é deformá-lo. Por outro lado, materiais com baixo valor de k são mais flexíveis e deformam-se facilmente.
Para determinar a força elástica em um material, podemos utilizar a fórmula F = kx, onde conhecemos a constante elástica e a deformação sofrida pelo material. Já para determinar a constante elástica, podemos rearranjar a equação para obter k = F/x.
Para reforçar o entendimento da Lei de Hooke, é importante realizar exercícios práticos que envolvam a aplicação da fórmula e a interpretação dos resultados. Dessa forma, é possível compreender melhor como a força elástica atua nos materiais e como a constante elástica influencia seu comportamento.
Fórmula para calcular a deformação em corpos elásticos.
Para calcular a deformação em corpos elásticos, é necessário utilizar a fórmula da Lei de Hooke, que relaciona a deformação de um material elástico com a força aplicada sobre ele. A fórmula é dada por:
Deformação = (Força aplicada / Constante elástica) x Comprimento original
Onde:
– Deformação é a variação no comprimento do material elástico;
– Força aplicada é a força que está sendo aplicada sobre o material;
– Constante elástica é a constante de proporcionalidade do material elástico;
– Comprimento original é o comprimento inicial do material antes da aplicação da força.
É importante ressaltar que a Lei de Hooke é válida apenas para materiais elásticos, ou seja, materiais que retornam à sua forma original após a remoção da força aplicada. Caso o material sofra deformação permanente, a fórmula da Lei de Hooke não será aplicável.
Por meio dessa fórmula, é possível calcular a deformação em corpos elásticos e compreender como a aplicação de forças afeta esses materiais. Praticar exercícios que envolvam o uso da fórmula da Lei de Hooke pode ajudar a fixar o conceito e aprimorar o entendimento sobre força elástica.
Qual a fórmula para calcular a energia armazenada em uma mola comprimida?
A energia armazenada em uma mola comprimida pode ser calculada utilizando a fórmula: E = 1/2 * k * x^2, onde E representa a energia armazenada, k é a constante elástica da mola e x é a deformação da mola.
A força elástica é a força restauradora que uma mola exerce quando é deformada. Ela é diretamente proporcional à deformação da mola, de acordo com a fórmula: F = -k * x, onde F é a força elástica, k é a constante elástica da mola e x é a deformação da mola.
Para calcular a constante elástica de uma mola, podemos utilizar a fórmula: k = F / x, onde k é a constante elástica, F é a força elástica e x é a deformação da mola.
Um exercício simples para aplicar essas fórmulas seria o seguinte: se uma mola tem uma constante elástica de 100 N/m e é comprimida em 0,1 m, qual é a energia armazenada na mola?
Descubra a fórmula para encontrar a constante elástica em um sistema de molas.
Quando lidamos com sistemas de molas, é essencial entender a força elástica que atua sobre elas. A constante elástica, representada pela letra k, é um valor que nos permite quantificar a rigidez da mola. Para encontrar essa constante, podemos usar a seguinte fórmula:
F = -kx
Onde:
F é a força elástica que a mola exerce,
k é a constante elástica da mola, e
x é a deformação da mola.
Para encontrar a constante elástica, precisamos conhecer a força elástica e a deformação da mola. Com essas informações, podemos rearranjar a fórmula acima para encontrar k:
k = -F/x
Assim, dividimos a força elástica pela deformação da mola para obter a constante elástica. É importante lembrar que a unidade de medida da constante elástica é N/m.
Agora que você entende como encontrar a constante elástica em um sistema de molas, pratique com alguns exercícios para aprimorar seus conhecimentos e habilidades nesse tema fascinante da física.
Força elástica: o que é, fórmulas e exercícios
A força da mola é exercida a força a um objecto para resistir a uma mudança na sua forma. Ele 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 força restauradora porque se opõe à deformação para retornar os objetos à sua posição de equilíbrio. A transferência da força elástica ocorre através das partículas que compõem os objetos.
Por exemplo, quando uma mola de metal é comprimida, é exercida uma força que empurra as partículas da mola, reduzindo a separação entre elas; ao mesmo tempo, as partículas resistem a ser empurradas exercendo uma força contrária à compressão.
Se, em vez de comprimir a mola, ela é puxada, esticando, as partículas que a integram são mais separadas. Da mesma forma, as partículas resistem à separação exercendo uma força contrária ao alongamento.
Objetos que têm a propriedade de recuperar sua forma original, opondo-se à força da deformação, são chamados objetos elásticos. Molas, elásticos e cordões elásticos 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, sendo afetada por uma força externa.
Para analisar a força elástica, será levado em consideração o sistema ideal de massa da mola, que consiste em uma mola colocada horizontalmente presa de uma extremidade da parede à outra e 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, ela 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 se manifesta na mola que se opõe à força aplicada.
O deslocamento indica o quanto a mola se deforma e a força elástica é proporcional a esse deslocamento. À medida que a mola é comprimida, a variação de posição aumenta e a força elástica aumenta de acordo.
Quanto mais a mola é comprimida, mais força oposta ela exerce até atingir um ponto em que a força aplicada e a força elástica são equilibradas; consequentemente, o sistema de massa da mola para de se mover. Quando você para de aplicar força, a única força que age é a força elástica. Essa força acelera a mola na direção oposta à deformação até que o estado de equilíbrio seja restaurado.
Do mesmo modo, ocorre ao esticar a mola, puxando a massa horizontalmente. A mola é esticada e exerce imediatamente uma força proporcional ao deslocamento oposto ao alongamento.
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 [1]
F k = força elástica
k = Constante proporcionalidade
Δ s = deslocamento
Quando o objeto se move horizontalmente, como no caso da mola presa à parede, o deslocamento é Δ x e a expressão da Lei de Hooke é escrita:
F k = -k.Δ x [2]
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 a partir do qual a mola é constituída. A unidade da constante k é N / m .
Objetos elásticos têm um limite de elasticidade que dependerá da constante de deformação. Se ultrapassar o limite elástico, ele se deforma permanentemente.
As equações [1] e [2] se aplicam a pequenos deslocamentos da mola. Quando os deslocamentos são maiores, são adicionados termos com maior potência de Δ x .
Energia cinética e energia potencial referidas a uma força elástica
A força elástica executa o trabalho na mola, movendo-a para sua posição de equilíbrio. Durante esse processo, a energia potencial do sistema de massa da mola aumenta. A energia potencial devida ao trabalho realizado pela força elástica é expressa na equação [3].
U = ½ k. Δx 2 [3]
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, reduzindo a energia potencial e aumentando a energia cinética.
A energia cinética do sistema de massa da mola, quando atinge a posição de equilíbrio, é determinada pela equação [4].
E k = ½ mv 2 [4]
m = massa
v = velocidade da mola
Para resolver o sistema de massa da mola, a segunda lei de Newton é aplicada, levando em consideração que a força elástica é uma força variável.
Exemplos práticos de exercícios
Obtendo força de deformação
Quanta força é necessária para aplicar uma mola para esticar 5 cm se a constante da mola for 35N / m?
À medida que a força de aplicação é oposto à força da mola é determinada F k assumindo que a mola é esticada horizontalmente. O resultado não requer o sinal negativo, pois somente a força de aplicação é necessária.
Lei de Hooke
F k = -k.Δx
A constante k da mola é 35N / m.
Δ x = 5cm = 0,05m
F k = -35N / m. 0,05m
F k = – 1,75N = – F
É necessário 1,75 N de força para deformar a mola de 5 cm .
Obtendo a constante de deformação
Qual é a constante de deformação de uma mola que se estende 20 cm pela ação de uma força de 60N ?
Δx = 20cm = 0,2m
F = 60N
F k = -60N = – F
k = – F k / Δx
= – (- 60N) / 0,2 m
k = 300 N / m
A constante da mola é 300N / m
Obtenção de energia potencial
Qual é a energia potencial relacionada ao trabalho realizado pela força elástica de uma mola que comprime 10cm e sua constante de deformação é 20N / m?
Δ x = 10 cm = 0,1 m
k = 20 N / m
F k = -20N / m. 0.1m
F k = -200N
A força elástica da mola é -200N.
Essa força executa o trabalho na mola para movê-la para sua posição de equilíbrio. A realização deste trabalho aumenta a energia potencial do sistema.
A energia potencial é calculada com a equação [3]
U = ½ k. Δx 2
U = 1/2 (20N / m). (0,1m) 2
U = 0,1 Jules
Referências
- Kittel, C, Knight, WD e Ruderman, M A. Mecânica. EUA: Mc Graw Hill, 1973, Vol. I.
- Rama Reddy, K, Badami, SB e Balasubramanian, V. Oscillations and Waves. Índia: Universities Press, 1994.
- Murphy, J. Physics: compreendendo as propriedades da matéria e da energia. Nova York: Britannica Educational Publishing, 2015.
- Giordano, N J. Física Física: Raciocínio e Relacionamentos. Canadá: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D e Resnick, R. Fundamentos de Física. EUA: Wiley, 2014.