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.
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.
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.
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:
A fórmula para calcular a força elástica é Fe = k x X, em que:
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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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