Experimento - Lei de Hooke

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Experimento - Lei de Hooke
1. OBJETIVO
Este experimento explora a lei de Hooke e a deformação sofrida por corpos elásticos submetidos a uma força. Inicialmente, você irá observar que um material elástico ao ser deformado pela ação de uma força, retorna à sua forma original quando cessada a força. Em seguida, você irá determinar a constante elástica de uma mola a partir de dados experimentais. Finalmente, você explorará o efeito da associação de molas em série e paralelo. Como parte das atividades você terá que realizar a montagem e ajustar os equipamentos e instrumentos necessários para a realização do experimento. Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:
· Descrever a influência da constante elástica sobre a deformação de molas;
· Construir e interpretar um gráfico força versus deformação em uma mola;
· Relacionar forças e deformações em molas;
· Determinar a constante elástica (k) de uma mola, a partir de dados experimentais;
· Enunciar a Lei de Hooke;
· Descrever o comportamento de molas quando associadas em série e em paralelo;
· Calcular a constante elástica equivalente de uma a associação de molas.
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
Inúmeros objetos presentes no dia a dia das pessoas são projetados especificamente molas de deformação elástica. O bungee-jumping é um esporte radical fundamentado essencialmente na propriedade elástica da corda (ou tira) amarrada nos pés dos corajosos. O fato de a corda elástica esticar até um certo limite e se restaurar é vital para garantir a emoção e a segurança do salto.
Amortecedores e molas fazem parte do sistema de suspensão de uma motocicleta. As molas são projetadas para absorverem todas as oscilações e irregularidades dos terrenos (vias) por onde a motocicleta trafega. Um quebra-molas (lombada) causa a contração da mola, enquanto um buraco causa sua extensão. Em ambas as situações, as molas absorvem energia, controladas pelo amortecedor, e dessa maneira amenizam os movimentos de retorno da mola para a posição original. Em resumo, as molas da motocicleta absorvem as irregularidades do terreno, controlam a altura do veículo e influenciam no equilíbrio da suspensão.
Vários exemplos do uso de molas e suas propriedades podem ser encontrados na engenharia civil, nos amortecedores sísmicos por exemplo; na engenharia elétrica, nos contatores elétricos e acessórios; e na engenharia mecatrônica, nos robôs e linhas de produção.
3. O EXPERIMENTO
Neste experimento você irá observar a relação entre força e deformação em molas. Você irá utilizar um conjunto de massas para aplicar diferentes forças nas molas, medindo as respectivas deformações. A partir dos dados coletados, você irá determinar as constantes elásticas das molas e verificar a lei de Hooke. Finalmente, você deverá associar molas em série e em paralelo e, utilizando o mesmo conjunto de massas, determinar as constantes elásticas equivalentes das associações.
4. SEGURANÇA
O experimento foi pensando para não trazer riscos físicos, então você irá utilizar objetos pouco nocivos e leves, mas mesmo com essas precauções pensadas e definidas, o uso de equipamentos de proteção individual é de extrema importância para a segurança durante a realização de experimentos. Neste experimento, recomenda-se o uso do jaleco.
5. CENÁRIO
A figura abaixo ilustra o experimento as ser realizado. Você irá encontrar sobre a bancada: a base de ensaio com régua vertical, as molas de cores e constantes elásticas diferentes, suporte móvel para molas, gancho curto para inserir os pesos, um peso em formato de disco de 23 g usado para pré-tensionar a mola e quatro pesos de 50 g utilizados para deformar as molas.
· Molas: Molas helicoidais com diferentes constantes elásticas e de comprimentos iguais a 55 mm.
· Suporte móvel: Facilita a aplicação das forças sobre as molas e permite medição das deformações.
· Gancho: É utilizado como suporte de acoplamento para os pesos.
· Pesos: Utilizados para gerar a deformação na mola. Inicialmente para pré-tensionar a mola usa-se o peso de 23 g e para gerar deformações maiores usa-se os pesos de 50 g.
· Mufa: Suporte para fixar as molas na base de ensaio.
PRÉ-TESTE
1) Dentre as alternativas abaixo, qual a que descreve a Lei de Hooke?
a) A deformação elástica de uma mola é diretamente proporcional à força aplicada sobre a mesma
b) A deformação elástica de uma mola é inversamente proporcional à força aplicada sobre a mesma
c) A constante elástica da mola depende da força aplicada
Resposta Correta:
· Essa é a descrição da fórmula da Lei de Hooke.
2) Quando uma mola não recupera suas dimensões originais após sofrer uma deformação causada por uma força externa, diz-se que sofreu uma deformação?
a) Plástica
b) Elástica
c) Viscosa
Resposta Correta
· A deformação plástica implica em uma deformação permanente e, portanto, a mola não restaura suas dimensões originais.
3) Qual das alternativas abaixo melhor descreve o campo de aplicação da lei de Hooke?
a) A lei de Hooke se aplica ao estudo do movimento de um corpo em uma superfície
b) A lei de Hooke se aplica ao estudo da deformação de corpos elásticos
c) A lei de Hooke se aplica ao estudo do movimento de um objeto cuja aceleração é constante. 
Resposta Correta
· A Lei de Hooke determina a deformação sofrida por um corpo elástico quando submetido de uma força.
4) Para se utilizar a lei de Hooke é preciso utilizar unidades de medida apropriadas às grandezas estudadas. Sendo assim, quais das unidades abaixo correspondem à cada elemento da fórmula?
	a)
	F = kg
	∆l = cm
	K = kg/cm
	b)
	F = N
	∆l = °C
	K = N/cm
	c)
	F = N
	∆l = m
	k = N/cm
Resposta Correta
· Neste caso utilizam-se unidades coerentes. (N) para a Força, (m) para a deformação sofrida, e (N/m) para a constante elástica.
5) Dado a constante elástica de uma mola, o gráfico da força pela deformação da mola será:
a) Uma linha reta
b) Uma parábola
c) Uma elipse
Resposta Correta
· Por ser uma função de primeiro grau, o gráfico será uma linha reta;
PÓS-TESTE
1) Para molas sujeitas a ação de um mesmo peso, quanto maior o valor da constante elástica da mola:
a) Menor será a deformação da mola
b) Maior será a deformação da mola
c) A constante elástica da mola não interfere em sua deformação. 
Resposta Correta
· A constante elástica da mola é inversamente proporcional a taxa de deformação da mesma, quando submetida a ação de uma força peso.
2) Qual o valor da constante elástica de uma mola cuja deformação é de 0,1m quando submetida a uma força de 1,5 N?
a) 15 N/m
b) 10 N/m
c) 5 N/m
Resposta Correta
· Utilizando a equação da lei de Hooke encontra-se o valor da constante da mola em questão, sendo igual a 15 N/m.
3) Certa mola M1 é submetida a uma deformação de 50 cm quando sujeita a ação de uma força peso P1. Se fosse montado um esquema com duas molas M2 e M3 (iguais a M1) associadas em paralelo e sujeitas a mesma ação da força peso P1, sua deformação seria:
a) O dobro da deformação sofrida por pela mola M1
b) A deformação seria a mesma
c) A metade da deformação sofrida por M1
Resposta Correta
· Com base na lei de Hooke para associações em paralelo, tem-se que a deformação sofrida pelas molas M2 e M3 é a metade da deformação sofrida pela mola M1.
4) Interprete o gráfico abaixo e responda qual é a constante elástica da mola Mx?
a) 0,5 N/m
b) 50 N/m
c) 40 N/m
Resposta Correta
· Utilizando a lei de Hooke e analisando a deformação sofrida pela mola e as unidades de medida apropriadas, a constante elástica da mola é igual a 50 N/m.
5) Certa mola M1 é submetida a uma deformação de 10 cm quando sujeita a ação de uma força peso P1. Se fosse montado um esquema com duas molas M2 e M3 (iguais a M1) associadas em série e sujeitas a mesma ação da força peso P1, sua deformação seria:
a) O dobro da deformação sofrida por pela mola M1
b) A deformação seria a mesma
c) A metade da deformação sofrida por M1
Resposta Correta
· Em uma associação de molas em série a constante elástica resultante diminui e portanto a deformação final deve ser maior.Neste caso, como as molas são iguais, a deformação final é o dobro da deformação sofrida pela mola M1 apenas.