Lei de Hooke e molas — Física, 14–17 anos
Numa mola ou num material elástico, o alongamento geralmente aumenta na mesma proporção que a força aplicada, até certo limite. Isto permite medir forças e prever quando um material deixará de recuperar a sua forma.
Força e alongamento
A lei de Hooke diz que, dentro do limite elástico, o alongamento é proporcional à força: F = kx. Aqui, x é a variação do comprimento e k descreve a rigidez da mola. Um k grande significa que é necessária mais força por cada metro de alongamento.
Por que razão as molas precisam de uma lei
Os inventores precisavam de formas fiáveis de fazer balanças, relógios e sistemas de suspensão funcionarem de modo previsível. Os testes mostraram que muitas molas respondem inicialmente de forma linear, mas não para sempre. A lei de Hooke descreve essa zona útil e avisa que uma mola pode ser esticada em excesso.
Calcular o alongamento
Uma mola tem k = 80 N/m e é-lhe aplicada uma força de 12 N. Começamos por F = kx. Reorganizando, x = F/k = 12/80 = 0,15 m, ou 15 cm. O resultado só é fiável se 12 N estiver dentro da zona proporcional e elástica da mola.
O erro mais comum
O erro tentador é assumir que duplicar a força duplica sempre o alongamento. Parece razoável, porque as primeiras medições costumam mostrar exactamente isso, mas a mola acaba por ficar deformada permanentemente ou partir-se. Verifica o gráfico ou o limite indicado antes de usar F = kx.
Onde é utilizado
Um dinamómetro mede o peso porque uma força conhecida produz um alongamento mensurável. As suspensões dos automóveis usam molas para suportar o veículo e permitir movimentos controlados, e alguns sensores transformam pequenos alongamentos em leituras. Estes sistemas têm de respeitar limites seguros, porque os materiais reais não são perfeitamente ideais.
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