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Aplicação da Lei de Hooke: Um Estudo Experimental, Manuais, Projetos, Pesquisas de Física Experimental

relatório do experimento sobre a lei de hooke

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

2023

Compartilhado em 26/04/2023

giovanna-gabrielle-6
giovanna-gabrielle-6 🇧🇷

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Mecânica Tal... 1º/2017 1
Aplicação da Lei de Hooke
Giovanna Gabrielle dos Santos Lima1
1Licenciatura em Física, Campus Taguatinga, Instituto Federal de Brasília.
2Tecnologia em Automação Industrial, Campus Taguatinga, Instituto Federal de Brasília.
Resumo. Com o objetivo de estudar a lei de Hooke, o experimento propõe uma aplicação da lei de
Hooke para diferentes sistemas de molas para calcular a força elástica do objeto. A partir de
dados coletados tornou-se possível concluir que o módulo da força elástica equivale à força
aplicada sobre a mola, sendo o produto entre a sua constante elástica e sua deformação.
Palavras chave: Lei de Hooke, Força elástica, leis de Newton
1. Introdução
A Lei de Hooke é utilizada para calcular a força
elástica que é produzida pela deformação de corpos
elásticos como por exemplo a mola. Ao comprimir um
corpo ou esticá-lo, uma força restauradora tende a
fazê-lo voltar ao seu estado original, sendo ela
proporcional à deformação sofrida pelo corpo, assim
como a constante elástica. Essa força elástica é uma
importante aplicação das leis de Newton pois a partir
dela é possível compreender a lei da ação e reação de
forma mais descomplicada, podendo ser calculada
através da seguinte equação:
Fe = -k ·x
Em que Fe é a força elástica, x é a deformação
sofrida pela mola e k é a constante elástica e, por ser
uma força restauradora é escrita com o sinal negativo.
2. Procedimento Experimental
Para realizar o seguinte experimento foi um
utilizado um kit experimental composto por:
Anteparo;
Suporte para massas;
Molas;
Pastilhas metálicas com diferentes
massas (10 g, 20 g, 50 g, etc.);
Inicialmente foram tiradas as medidas de alguns
materiais necessários, obtendo-se comprimento das
molas ( 0,060m) e do suporte para massas (0,094m),
totalizando um comprimento de 0,154m e um erro
associado de ±0,0005m. Essa variação de
comprimento se pela força deformadora aplicada
sobre a mola, nesse caso é a força peso, calculada da
seguinte forma:
Fp = m ·g
Em que m é a massa aplicada e g é a aceleração da
gravidade.
Em seguida foi colocada a massa de 10g no
suporte causando uma pequena deformação na mola,
possibilitando uma subtração do comprimento final e
inicial do sistema para obter-se uma variação �� =
0,004m. Feito isso, foi acrescentada mais 10g, a força
peso proveniente desse acréscimo causou uma
deformação ainda maior na mola assim como a
variação do comprimento. Esse processo foi realizado
mais algumas vezes até que completassem 80g no
suporte para massas. Para um melhor entendimento do
sistema segue uma imagem referente ao processo:
Mecânica Tal... 1º/2017 2
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Mecânica Tal... – 1º/2017 1

Aplicação da Lei de Hooke

Giovanna Gabrielle dos Santos Lima^1

(^1) Licenciatura em Física, Campus Taguatinga, Instituto Federal de Brasília. (^2) Tecnologia em Automação Industrial, Campus Taguatinga, Instituto Federal de Brasília. Resumo. Com o objetivo de estudar a lei de Hooke, o experimento propõe uma aplicação da lei de Hooke para diferentes sistemas de molas para calcular a força elástica do objeto. A partir de dados coletados tornou-se possível concluir que o módulo da força elástica equivale à força aplicada sobre a mola, sendo o produto entre a sua constante elástica e sua deformação. Palavras chave: Lei de Hooke, Força elástica, leis de Newton

1. Introdução A Lei de Hooke é utilizada para calcular a força elástica que é produzida pela deformação de corpos elásticos como por exemplo a mola. Ao comprimir um corpo ou esticá-lo, uma força restauradora tende a fazê-lo voltar ao seu estado original, sendo ela proporcional à deformação sofrida pelo corpo, assim como a constante elástica. Essa força elástica é uma importante aplicação das leis de Newton pois a partir dela é possível compreender a lei da ação e reação de forma mais descomplicada, podendo ser calculada através da seguinte equação: Fe = -k · x Em que Fe é a força elástica, x é a deformação sofrida pela mola e k é a constante elástica e, por ser uma força restauradora é escrita com o sinal negativo. 2. Procedimento Experimental Para realizar o seguinte experimento foi um utilizado um kit experimental composto por:

  • Anteparo;
  • Suporte para massas;
  • Molas;
  • Pastilhas metálicas com diferentes massas (10 g, 20 g, 50 g, etc.); Inicialmente foram tiradas as medidas de alguns materiais necessários, obtendo-se comprimento das molas ( 0,060m) e do suporte para massas (0,094m), totalizando um comprimento de 0,154m e um erro associado de ±0,0005m. Essa variação de comprimento se dá pela força deformadora aplicada sobre a mola, nesse caso é a força peso, calculada da seguinte forma: Fp = m · g Em que m é a massa aplicada e g é a aceleração da gravidade. Em seguida foi colocada a massa de 10g no suporte causando uma pequena deformação na mola, possibilitando uma subtração do comprimento final e inicial do sistema para obter-se uma variação ∆�� = 0,004m. Feito isso, foi acrescentada mais 10g, a força peso proveniente desse acréscimo causou uma deformação ainda maior na mola assim como a variação do comprimento. Esse processo foi realizado mais algumas vezes até que completassem 80g no suporte para massas. Para um melhor entendimento do sistema segue uma imagem referente ao processo: Mecânica Tal... – 1º/2017 2

Após coletar todos os dados os mesmos foram registrados assim como os seus respectivos erros, Essas informações foram colocadas em tabelas que encontram-se em anexo. Com o auxílio desses dados foi possível confeccionar um gráfico da força deformadora (N) em função da deformação (m). Gráfico da mola 1 Posteriormente foi realizada a segunda etapa do experimento, que consiste em um sistema de associação em série de molas. Para isso foram utilizadas duas molas iguais, em que uma fosse agregada à extremidade da outra. Após obter-se o comprimento do composto, foi posta a primeira massa, assim, reproduzindo o procedimento anterior. Segue a ilustração referente à segunda etapa do experimento: O qual tem como seu coeficiente linear 0,004 e seu coeficiente angular 7,5. Da mesma forma foram feitos os demais gráficos para as molas 2 e 3: Gráfico da mola 2 Por fim, para a terceira etapa do experimento foi montado um esquema de associação de molas em paralelo, em que todos os procedimentos anteriores foram realizados novamente. Esse esquema pode ser observado na seguinte ilustração: Em que seu coeficiente linear é 0,098 e seu coeficiente angular é 12, Gráfico da mola 3

E através de um ajuste linear, calcular a sua constante elástica sendo ela -12,6N/m. Nota-se que o valor da constante é reduzido em relação aos valores encontrados para as as molas individuais, além de que a mola equivalente a esse sistema é menos rígida e mais deformável. Diferente de um sistema de associação de molas em paralelo, o qual a rigidez da mola equivalente à essa associação fica quatro vezes Ao calcular a constante elástica do sistema temos 147N/m, o que condiz com o que foi mencionado anteriormente. Conclusão Apesar de algumas irregularidades notáveis na coleta de dados observadas nos gráficos, ainda é plausível dizer que de acordo com os resultados obtidos o, experimento condiz com a Lei de Hooke, estando de acordo com o que foi abordado anteriormente na parte teórica do estudo. Sendo assim, é admissível concluir que o módulo da força elástica equivale à força aplicada sobre a mola, sendo o produto entre a sua constante elástica e sua deformação. Referências [1] Lei de Hooke: força elástica. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/lei-hooke.ht m Último acesso em 27/01/ [2] Associação de molas. Disponível em: https://fisicaevestibular.com.br/novo/mecanica/dinami ca/mhs/associacao-de-molas/ Último acesso em: 27/01/ [3] Roteiro: Força de atrito. Disponível em: EXPERIMENTO V - LEI DE HOOKE..pdf Último acesso em: 27/01/2023. Mecânica Tal... – 1º/2017 4 Mola 1 Massa (kg) Peso (N) Erro peso (N) x (m) Erro x (m) 0,010 0,098 ±0,0005 0,004 ±0, 0,020 0,196 ±0,0005 0,011 ±0, 0,030 0,294 ±0,0005 0,023 ±0, 0,040 0,392 ±0,0005 0,035 ±0, 0,050 0,490 ±0,0005 0,047 ±0, 0,060 0,588 ±0,0005 0,060 ±0,

Massa (kg) Peso (N) Erro peso (N) x (m) Erro x (m)

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