Força
elástica: aparece quando há uma mola ou um elástico.
É mais comum aparecerem molas, pois pode-se comprimir e esticar, enquanto
o elástico só se pode esticar, mas as fórmulas e a teoria
se aplica a ambos. Uma mola tem uma forma, e quando está em repouso,
sem nenhuma força sobre ela, ela está no seu estado fundamental.
Ao se aplicar uma força, como puxar a mola, esta distorce aumentando
ou diminuindo de tamanho, dependendo do sentido da força. A mola tende
a retornar ao seu estado fundamental, então realisa uma força
elástica para retornar ao tamanho original. Para entender força
elástica basta entender uma coisa, cada mola tem um coeficiente de restituição
opu constante elástica(k), que depende do material de que a mola é
feita e de suas dimensões sendo constante independente do grau de distorção
da mola. Esse k é medido em N/m, lê-se quantos newtons de força
são necessários para distorcer x metros de mola. Agora raciocine,
a força elástica é igual à força externa
aplicada, pois a mola não arrebenta e fica estática(sem movimento).
Agora junte essa força externa com k, e obtém-se Fe = k.x, obtido
empiricamente. Multiplicando-se k por x(quantos metros a mola foi distorcida),
observando as unidades, N / m x m = N. Assim não é preciso saber
a força externa aplicada, apenas quanto a mola foi distorcida e seu coeficiente
de restituição. Sabendo força elástica é
possível compreender o dinamômetro. Dinamômetro é
o aparelho usado para pesar objetos, usado em feiras usualmente, e é
costituído de uma escala, uma mola e um prato. Observe:
Para construir
um dinamômetro é necessário saber o k da mola, e para isso
pode fazer um experimento simples, medir quanto um corpo de 100 g distorce a
mola. Calculando a força peso dá um 1 N, então pega o valor
x da distorção, em metros, e divide 1 por x. Se for uma mola de
k = 100 N / m, cada 10 cm equivale a 10 N, ou seja 1 Kg.
Associação
de molas: Aqui abordarei apenas dois tipos de
associações, as em série e as em paralelo.
Associação
em paralelo: Essa associação é
característica em que 2 ou mais molas são postas lado a lado e
coloca-se uma superfície sobre elas. Sobre essa superfície então
são aplicadas as forças. Esse tipo de associação
é utilizado em colchões de mola. A força é distribuída
pelas molas. Para não haver desequilíbrio, as molas são
dispostas de modo simétrico, e todas possuem o mesmo coeficiente de reconstituição.
Aqui não tratarei associação em paralelo com molas de coeficientes
diferentes. Observe a animação, com a dedução da
fórmula, lembrando-se que o Dx de todas as
molas são iguais.
Associação
em série: Nessa associação,
prende-se uma mola na outra em série, de modo a obter-se uma mola maior,
com constante elástica menor. Na verdade qualquer mola pode ser considerada
uma associação em série de várias molas menores.
Na prática essa associação não é muito utilizada,
porém ela passa uma idéia muito boa, quanto maior a mola menor
o coeficiente de restituição. Essa idéia é utilizada
em bungee jumps, em que toda a corda funciona como um elástico, com constante
elástica baixa, o que proporciona uma desaceleração menor,
proporcionando uma sensação de queda livre. Sabemos ainda que
acelerações altas são desconfortáveis para as pessoas,
podendo inclusive causar danos sérios. Observe a animação
e lembre-se que como as molas não possuem massa, as forças em
cada uma das pontas de cada mola são iguais:
