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Determinação da Constante Elástica de Molas, Exercícios de Física Experimental

Um experimento realizado na pontifícia universidade católica de minas gerais (puc-mg) com o objetivo de determinar a constante elástica de uma mola, de um arranjo em série e de um arranjo em paralelo de duas molas. O experimento segue os princípios da lei de hooke, que descreve a relação linear entre a força aplicada e a deformação em um material elástico. O documento inclui a introdução teórica, os objetivos do experimento, os materiais utilizados, os procedimentos e resultados, a análise de dados com gráficos e cálculos, e a conclusão sobre o comportamento das molas em série e em paralelo. Essa investigação experimental é relevante para o estudo da física, especificamente na área de mecânica, e pode ser útil para estudantes de graduação em engenharia civil, física e áreas afins.

Tipologia: Exercícios

2024

Compartilhado em 09/05/2024

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Graduação em Engenharia Civil
Departamento de Física
Constante Elástica de Molas
Maria Paula Andrade Santos
Orientadora: Maria Inês Martins
25/04/2024 Laboratório de Física C
Belo Horizonte
2024
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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Graduação em Engenharia Civil

Departamento de Física

Constante Elástica de Molas

Maria Paula Andrade Santos

Orientadora: Maria Inês Martins

25 /04/2024 Laboratório de Física C

Belo Horizonte

Introdução

Esse experimento consiste em determinar a constante elástica de uma

mola e de uma combinação de molas. Para isso, o princípio a ser estudado e

aplicado é a Lei de Hook.

A partir disso, é possível descrever a força restauradora e a deformação

que existe em diversos sistemas ao serem comprimidos ou distendidos. Essas

deformações podem acontecer a olho nu, ou não. Porém, sabe-se que todo

material sobre o qual se exerce uma força sofre deformação. Essa força

restauradora faz com que o objeto retorne à sua forma original, como é o

exemplo de uma mola. Nesse caso, a força restauradora faz com que a mola

volte ao seu comprimento original após ser esticada ou comprimida.

Ao interpretar a Lei de Hook, pode-se perceber que há uma relação linear

entre a força aplicada e a deformação. Resumidamente:

F= kx

Onde,

F: Força aplicada a uma mola

K: Constante dependente do material que a mola é feita entre outros

fatores.

X: Alongamento da mola após força aplicada

Além disso, podemos também estabelecer relações da constante

elástica em um sistema de molas em série ou em paralelo.

Análise de Dados

Gráfico 1: Uma mola.

Gráfico 2: Duas molas em paralelo.

Gráfico 2: Duas molas em série.

- Valor da constante elástica equivalente e sua incerteza:

𝑘 1 = 9 , 09 ± 0 , 36 ; 𝑘𝑠é𝑟𝑖𝑒 = 4 , 51 ± 0 , 05 ; 𝑘𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = 18 , 0 ± 0 , 4

- Valor teórico da constante elástica equivalente em cada arranjo:

Em série

1 𝑘 =^ 1 𝑘 1 +^ 1 𝑘 2 →^ 1 𝑘 =^ 1 9 , 09 +^ 1 4 , 51 →^ 1 𝑘 =^0 ,^333 →^ 𝑘^ =^3 ,^03

Em paralelo 𝑘 = 𝑘 1 + 𝑘 2 → 𝑘 = 27 , 09

- Cálculo dos respectivos erros relativos percentuais entre os valores teóricos e

experimentais de cada arranjo:

Em série Σ =

3 , 03 − 4 , 51 3 , 03

→ Σ = 0 , 0488 × 100% → Σ + 48 ,8%

Em paralelo Σ =

27 , 09 − 18 27 , 09

Conclusão

Na associação de molas em série o valor de k em série fica bastante reduzido,

sendo que a mola equivalente é menos rígida e mais deformável. Conclui-se que,

caso seja necessário aumentar a rigidez da mola equivalente em certo sistema,

tornando-a “menos deformável”, é melhor associar as molas em paralelo.