Força elástica: o que é, trabalho e exercícios!
Considerada uma das matérias de Física mais importantes dentro da mecânica clássica, a compreensão da força elástica, bem como o seu trabalho realizado, são conceitos que precisam estar muito bem esclarecidos nos estudantes que realizarão o Enem ao final do ano.
Contudo, por se tratar de um assunto que exige do vestibulando tanto a interpretação das possíveis forças atuantes em um corpo quanto a aplicação de fórmulas específicas, o cálculo da força elástica ainda gera dúvidas em muitos alunos.
Desse modo, explicaremos abaixo o que é força elástica, o trabalho da força elástica e como este assunto poderá ser abordado nas provas.
O que é força elástica?
Força elástica é uma força física associada à compressão ou tração de corpos que têm elasticidade (molas, borrachas e outros tipos de elásticos em geral). Didaticamente falando, é a força necessária para deformar (seja diminuindo, seja aumentando o comprimento) um corpo elástico qualquer.
Dica
Como o próprio termo “elástica” sugere, ao ler sobre esse tipo de força, você deve automaticamente concluir que o problema físico em questão se trata de objetos que obrigatoriamente serão deformados, ou seja, sofrerão variações em relação ao seu comprimento inicial.
Trabalho da força elástica
Todo tipo de força na física é capaz de realizar um certo trabalho. Com a força elástica não é diferente, sendo que o seu trabalho é dado pela multiplicação do valor numérico da força elástica pelo deslocamento percebido após a sua aplicação.
Sendo assim, para calcular o trabalho da força elástica nessa ocasião, basta usar a fórmula T = Fe x d, em que:
Força elástica: fórmula
A fórmula para calcular a força elástica é Fe = k x X, em que:
- Fe — força elástica, dada em newtons;
- k — constante elástica do corpo, dada em newtons/metro;
- X — deformação percebida no corpo após a aplicação da Fe, dada em metros.
As unidades presentes nas duas fórmulas acima podem variar conforme o exercício, porém, é muito comum aparecer nos exercícios e provas as unidades que foram descritas acima, até porque elas seguem o Sistema Internacional — SI.
Constante elástica
A constante elástica de um corpo geralmente é representada pela letra “k”, e é um parâmetro físico que quantifica a deformação do objeto (em relação ao seu comprimento inicial) conforme o esforço o qual ele está sendo solicitado.
Exemplo
Imagine que a constante elástica K de uma mola seja de 100 N/m. Isso significa que para que essa mola sofra uma deformação de 1 metro em seu comprimento (tanto para comprimir quanto para esticar) é necessária uma força equivalente a 100 newtons aplicada sobre ela.
Força Elástica: exercícios
Para que você consiga fixar a matéria (principalmente quando há interpretação de fórmulas envolvidas) é fundamental resolver exercícios e verificar como esse assunto pode ser cobrado nos vestibulares, como demonstraremos abaixo.
Questão 1
Para proteção e conforto, os tênis modernos são equipados com amortecedores constituídos de molas. Um determinado modelo, que possui três molas idênticas, sofre uma deformação de 4 mm ao ser calçado por uma pessoa de 84 kg. Considerando-se que essa pessoa permaneça parada, a constante elástica de uma das molas será, em kN/m, de:
a) 35,0
b) 70,0
c) 105,0
d) 157,5
e) 210,0
Resolução
Alternativa correta letra “A”. Primeiramente precisamos saber a qual força peso o par de tênis está submetido:
P = m.g
P = 84 kg x 10 m/s²
P = 840 N.
Como são ao todo 6 molas (3 em cada tênis), é necessário dividir o peso total por 6, descobrindo assim a quantidade de força que cada mola será capaz de amortecer:
P = 840 N
Fe = (840 N)/6
Fe = 140 N.
Em outras palavras, esses 140 N (que é a sexta parte do peso total) é a força elástica aplicada em cada mola, originando assim em uma deformação de 4 mm. Desse modo, basta utilizar agora a fórmula Fe = k x X da seguinte maneira:
140 N = k x (4,0 x 10–3 m)
k = 140 N/(4,0 x 10–3 m)
k = 35 x 10³ N/m, ou 35 kN/m.
Questão 2
Uma pessoa com massa de 80 Kg está sobre uma plataforma cuja base é formada por 4 molas idênticas. Calcule a constante elástica das molas, sabendo que as molas sofreram deformação de 2 cm.
Resolução
Novamente precisamos calcular a força peso impressa pela massa da pessoa:
P = m.g
P = 80 Kg x 10 m/s²
P = 800 N.
Agora precisamos dividir essa força pela quantidade de molas presente na plataforma, para descobrirmos a qual força elástica cada mola está sendo submetida:
P = 800 N
Fe = (800 N)/4
Fe = 200 N.
Após identificarmos o valor nominal da força elástica, que é de 200 N, basta aplicarmos a fórmula Fe = k x X para acharmos a constante elástica k de cada mola:
Por último, aplicamos a fórmula da força elástica isolando a constante elástica. Lembre-se de passar a deformação da mola de centímetros para metros. Para isso, basta dividir por 100.
Fe = k x X
200 N = k x 0,02 m
k = (200 N)/0,02 m
k = 10 kN/m.
Sendo assim, após a leitura do post fica mais simples de entender o que é força elástica e como sua fórmula é aplicada. Além disso, vale destacar também que essa força física ao deslocar um certo objeto de um ponto A até um ponto B realiza um trabalho mensurável, sendo ele sempre calculado pela fórmula T = Fe x d.
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