Molas

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mOBJETIVO
O experimento realizado em laboratório e descrito neste relatório teve como objetivo a determinação da constante elástica de molas de forma estática, para obter a equação da constante elástica de uma mola em movimento vertical (caso dinâmico). Para isso foi montado um sistema constituído por um suporte que sustentava molas e que suportava diferentes massas. Como resultados, foramobtidas as constantes elásticas de duas molas helicoidais e, a equação da constante elástica de molas em oscilação a partir do resultado encontrado para a constante elástica das molas no caso estático. A determinação da constante elástica das molas, nos casos estático e dinâmico, foi feita através da análise de gráficos construídos para observar o comportamento das molas no momento em que foramsubmetidas a diferentes oscilações, isto devido à reação e à força peso das diferentes massas submetidas no sistema de molas.

MATERIAL UTILIZADO
► Haste fixadora.
► Pesos de 1 e 0,5 Newtons (que equivale a 100 e 50 gramas cada).
► Molas de uso didático com comprimentos e diâmetros diferentes.
► Calculadora científica.
► Cronômetro digital.

CONTEÚDO TEÓRICO
Os movimentos harmônicos simples(M.H.S.) estão presentes em vários momentos do cotidiano, como nos movimentos do pêndulo de um relógio, de uma corda de violão, ou ainda de uma mola, no caso deste experimento. Esses movimentos realizam um mecanismo de “vaivém” em torno de uma posição de equilíbrio, sendo caracterizados por um período e por uma frequência. Um movimento harmônico simples é variado, porém não pode ser consideradouniformemente variado, já que a aceleração não é constante. Se for analisada uma mola, por exemplo, pode-se perceber que sua velocidade é anulada nas posições extremas em que é submetida, e é máxima nos pontos centrais desse movimento.
Para calcular o Movimento Harmônico Simples, deve-se levar em conta duas fórmulas provenientes da mecânica: a da 2º Lei de Newton (F = m.a) e a do pulso ou frequênciaangular (ω = 2πT). Se a aceleração em um sistema massa-mola é igual a α = ω2.x, esta é substituída da seguinte forma: F = m.ω2.x
Como m e ω são grandezas constantes dentro do M.H.S, podem então ser representadas na fórmula abaixo:
K = m.ω2
Se ω for isolado, obtém-se: ω = km
A partir do conceito de que a frequência angular é: (ω) = 2πT
km = 2πT
Ao isolar o T, a fórmula final éencontrada para o cálculo do Movimento Harmônico Simples (M.H.S.):
T = 2πkm
A ilustração seguinte apresenta alguns exemplos de aplicações do M.H.S:

O movimento harmônico simples é um fenômeno periódico, oscilatório, que se repete indefinidamente. Para a ocorrência da oscilação de um corpo (oscilador harmônico) é necessário à existência de uma força restauradora atuante sobre o mesmo, que faça ocorpo em estudo retornar à sua posição de equilíbrio. Exemplos deste tipo de oscilação é o sistema massa-mola (em que a força restauradora é a força elástica da mola) e o pêndulo (no qual a força restauradora é a componente horizontal da força peso), quando desconsiderados a força de atrito do ar. Um movimento harmônico simples obedece necessariamente a Lei de Hooke:
“Em uma mola ideal, a forçaque a mola exerce sobre o corpo possui valor proporcional ao deslocamento.” |

EXPERIÊNCIA
Com base na explicação do Prof. Fred Gusmão dada em laboratório, sobre molas e sua constante em oscilação, foi montada uma haste com duas molas de diferentes espessuras presas, de modo que fiquem penduradas como na foto abaixo.

Em seguida foi colocado um peso de 0,5N (50g) na mola fina e 3N (300g) namola grossa, ilustrado nas fotos seguintes:

Mola fina Mola grossa
Para se obter o valor de uma oscilação de cada mola, foi feita uma média para um resultado mais preciso. Dessa forma, com um cronômetro foi calculado o tempo da oscilação de cada mola, as quais foram exercidas uma força para baixo a partir de pesos (0,5N...
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