A lei de Hooke se baseia em um movimento específico criado pela mola. Através deste estudo foi colocado no papel como este sistema é desenvolvido.
O que é mola?
A mola é o objeto que pode ser deformado por uma força e depois disso, volta a sua forma original quando esta força é retirada.
Existem vários formas de molam mas, a mais conhecida seria a de metal helicoidal. As molas são indispensáveis e importantes em quase todos os dispositivos mecânicos tanto simples como complexos.
A lei de Hooke demonstra que uma mola possui uma constante elástica chamada k. Esta constante é obedecida até o limite onde a deformação da mola se torna permanente.
Até onde a lei de Hooke é válida, a mola ser alongada ou comprimida e retornando a posição inicial, de equilíbrio.
F = -k.x
k = constante de proporcionalidade
x = variável independente.
Com esta equação pode-se chegar a conclusão de que a força é negativa, oposta a força que é aplicada. E quanto maior o alongamento da mola, maior a intensidade da força oposta a já aplicada.
Não há mágica no formato da mola heicoidal em se movimentar como uma mola. A elasticidade ou molice do objeto é a propriedade fundamental do fio com que a mola é feita.
Um fio reto que seja de metal também vai voltar para sua forma original depois de ser esticão e torcido. Mas o fio espiral usa um espaço muito menor, fazendo ser mais conveniente para usá-lo em máquinas.
Veja também: Lei de Faraday
Material deformado
Quando um material tem uma determinada força exercida sobre ele, o material pode esticar ou comprimir em resultado desta força. Um exemplo disto é a borracha.
Na mecânica, a importância está na tensão que é definida como a força que é aplicada por unidade de área. Esta unidade é representada pela letra grega sigma.
A magnitude do alongamento/compressão que é produzido enquanto o material responde a tensão aplicada tem o nome de deformação. A unidade é representada pela letra épsilon do alfabeto grego.
A medida da deformação é feita pela razão entre a variação do comprimento e o comprimento inicial. Todo o material reage de uma forma particular à tensão.
Os engenheiros precisam saber escolher matérias que se comportem previsionalmente sob uma tensão já esperada. A deformação resultante em quase todos os materiais depende das ligações químicas dentro dele.
É da estrutura química e suas ligações que a rigidez do material depende. O que vai acontecer quando a tensão é retirada, vai depender da distância de deslocação dos átomos.
Deformação elástica
Acontece quando a tensão sobre o material é removida e ele retorna as suas dimensões normais.
Deformação plástica
É a força exercida sobre o material que causa uma tensão no material. Esta tensão é tão grande que o material não volta as suas dimensões originais com a retirada desta tensão. O menor valor da unidade de deformação plástica é chamada de limite elástico do material. .
Toda mola usada em máquinas operacionais é feita para que não haja esta deformação plástica.
O estudo de Hooke
No século 17, o físico Robert Hooke percebeu que a curva de tensão x deformação para muitos materiais, tinha uma região de comportamento linear.
Em alguns limites, a força usada para deformar um objeto elástico como por exemplo uma mola de metal, era proporcional, de forma direta, a deformação da mola.
Geralmente no cálculo desta ação da lei de Hooke, é adicionado o sinal negativo. Para significar que a força restauradora, devido a mola, é no sentido oposto ao da força que causou o deslocamento.
Puxando uma mola para baixo, vai acontecer uma extensão da mola para baixo, que terá como resultado uma força para cima, devido a mola.
O sentido da força restauradora é especificado ao abordar problemas em sistemas mecânicos envolvendo elasticidade.
Veja ainda: Potência elétrica
Módulo Young e combinação de molas
O módulo Young, também conhecido como módulo elástico criado pelo físico Thomas Young, no século 17,mede a resistência de um material com a função de ser elasticamente deformado.
Quanto mais rígido o material, maior será seu módulo de Young.
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