Experimento FORÇA ELASTICA

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Universidade Estácio de Sá
Física Teórica Experimental I
Atividade Experimental – Cálculo da força elástica 
realizada dia 18 de abril de 2018.
Professor:
Tarcilene
Alunos:
Adriano Lemos Rezende
Elmisse Souza Gomes
Renato de Rezende Magri Lopes
Rio de Janeiro – Abril/2018
Índice
Introdução ......................................................................................................	3
Resumo da experiência ......................................................................	3
Conceitos teóricos ..............................................................................	3
Referências literárias ..........................................................................	4
Objetivos ........................................................................................................	5
Equipamentos.................................................................................................	5
Conjunto de mecânica Arete com tripé ................................................6
Régua graduada.....................................................................................6
Massas de aço..........................................................................................6
Molas helicoidais.....................................................................................6
Gancho......................................................................................................6
Procedimento experimental............................................................................	7
Dados experimentais .......................................................................................	8
Conclusão ........................................................................................................	9
Bibliografia ......................................................................................................	9
Introdução
Resumo da experiência
A experiência consiste em determinar a força elástica é deformação da mola quando ela se estica ou comprime e isso dependerá da força aplicada.
Para esta experiência, serão necessários: conjunto de mecânica Arete com tripé - cidepe, régua, mola helicoidais, massas de aço, gancho. 
Com os dados coletados, calcularemos a deformação da mola quando se estende e quando comprime, aplicando força com as massas.
Assim será possível determinar os valores individualmente. 
Conceitos teóricos
A força elástica (Fel) é a força exercida sobre um corpo que possui elasticidade, por exemplo, uma mola, borracha ou elástico.
Essa força determina, portanto, a deformação desse corpo, quando ele se estica ou se comprime. Isso dependerá da direção da força aplicada.
Como exemplo, vamos pensar numa mola presa num suporte. Se não houver uma força atuante sobre ela, dizemos que ela está em repouso. Por sua vez, quando esticamos essa mola, ela criará uma força em sentido contrário.
Note que a deformação sofrida pela mola é diretamente proporcional à intensidade da força aplicada. Sendo assim, quanto maior for à força aplicada (P), maior será a deformação da mola (x), como vemos abaixo: 
Para calcular a força elástica, utilizamos uma fórmula elaborada pelo cientista inglês Robert Hooke chamada de Lei de Hooke:
F = K. X
Donde
F: força aplicada no corpo elástico (N)
K: constante elástica (N/m)
x: variação sofrida pelo corpo elástico (m)
Referências literárias
A Lei de Hooke é uma lei de física que está relacionada à elasticidade de corpos e também serve para calcular a deformação causada pela força que é exercida sobre um corpo, sendo que tal força é igual ao deslocamento da massa partindo do seu ponto de equilíbrio multiplicada pela constante da mola ou de tal corpo que virá à sofrer tal deformação.
F=K.Δl
Notando que segundo o Sistema Internacional:
F está em Newton
K está em Newton/metro
Δl está em metros
Na Lei de Hooke existe grande variedade de forças interagindo, e tal caracterização é um trabalho de caráter experimental. Entre essas forças que se interagem as forças “mais notáveis” são as forças elásticas, ou seja, forças que são exercidas por sistemas elásticos quando sofrem deformação. Devido a tal motivo, é interessante ter uma ideia do comportamento mecânico presente nos sistemas elásticos. 
Os corpos perfeitamente rígidos são desconhecidos, visto que em todos os experimentos realizados até hoje sofrem deformação quando submetidos à ação de forças, entendendo-se por deformação de um corpo (alteração na forma e/ou dimensões do corpo). Essas deformações podem ser de diversos tipos:
Compressão
Distenção
Flexão
Torção, dentre outros.
Existem também as deformações plásticas ou elásticas 
Deformação plástica: persiste mesmo após a retirada das forças que a originaram.
Deformação elástica: desaparece com a retirada das forças que a originaram.
Estando uma mola, barra ou corpo em seu estado relaxado, e sendo uma das extremidades mantida fixa, aplicamos uma força (F) à sua extremidade livre, observando tal deformação. 
Após observado o fato, o físico Hooke estabeleceu uma Lei, cujo carrega seu nome até hoje, a qual relaciona a Força Elástica (Fel), reação causada pela força aplicada, e a deformação da mola (Δl).
A intensidade da Força elástica (Fel) é diretamente proporcional à deformação (Δl).
Temos que: Fel = k. Δl, onde k é uma constante positiva denominada Constante Elástica da mola, sendo sua unidade N/m no S.I.. A constante elástica da mola traduz a rigidez da mesma, ou seja, é uma medida que representa a sua dureza. Quanto maior for a constante Elástica da mola, maior será a sua dureza.
É importante ressaltar que o sinal negativo observado na expressão vetorial da Lei de Hooke, significa que o vetor Força Elástica (Fel), possui sentido oposto ao vetor deformação (vetor força aplicada), isto é, possui sentido oposto à deformação, sendo a força elástica considerada uma força restauradora.
Sendo W a Força aplicada, tem-se:
W = – Fel
Fel = – k.Δl
W = k.Δl
Essa lei pode ser utilizada desde que o limite elástico do material não seja excedido. O comportamento elástico dos materiais segue o regime elástico na lei de Hooke apenas até um determinado valor de força, após este valor, a relação de proporcionalidade deixa de ser definida (embora o corpo volte ao seu comprimento inicial após remoção da respectiva força). Se essa força continuar a aumentar, o corpo perde a sua elasticidade e a deformação passa a ser permanente (inelástico), chegando à ruptura do material.
Objetivos
A experiência tem como objetivo, demonstrar como é possível determinar a velocidade, altura e alcance utilizando apenas uma esfera de aço, régua graduada e um tripé delta com um regulador horizontal de rampa com massa, assim iremos obter os valores desejados para o experimento.
Com os valores obtidos o instrumento poderá calcular o lançamento da esfera e altura exata exigida para execução, informando o alcance e a velocidade do mesmo, utilizamos um conjunto que contempla um tripé delta e um regulador horizontal de rampa com massa acoplada.
Equipamentos
Para informar os dados como a deformação que é causado na mola devido o peso das massas, quando ele se estica ou se comprime.
 Precisamente, faz se necessário utilizar os seguintes equipamentos: conjunto de mecânica Arete com tripé - cidepe, régua, mola helicoidais, massas de aço, gancho.
Conjunto de mecânica Arete com tripé 
Utilizamos para Para suportar a massa na altura exata exigida para execução do experimento, posicionando a régua graduada, mola e o gancho com as massas de aço, fabricante CIDEPE conforme a figura abaixo.
Figura 1 – Objeto da experiência- Conjunto de mecânica Arete com tripé 
Régua graduada
Para posicionar a massa na altura exata exigida para execução do experimento, utilizamos uma régua graduada, com 30 centímetros conforme imagem abaixo:
Figura 2 – Objeto da experiência- – Régua 30cm
4.3 Massas de aços 
Figura 3 – Objeto da experiência- Massas de aço
Molas helicoidais
Figura 4 – Objeto da experiência- Molas helicoidais
Gancho de aço 
Figura 5 – Objeto da experiência – gancho de aço
Procedimento experimental
Para iniciar o levantamento de dados dos objetos da experiência, posicionaremos a esfera da (figura 1) em 20, 40, 60 80 e 100 mm na rampa de lançamento posicionada no tripé (figura 3) e utilizaremos a régua graduada (figura 2) para medir a altura do lançamento, que será indispensável para calcular a velocidade do movimento.
Logo após posicionarmos a esfera nas alturas indicadas (20, 40, 60, 80, 100 mm), soltamos a esfera visando calcular as velocidade e alcance solicitados no experimento, repetindo todas as alturas 5 vezes para minimizar o erro percentual.
No local da queda da esfera, foi utilizado uma folha de papel carbono sobre uma folha de papel oficio branca.
Dados experimentais
As tabelas e o gráfico abaixo concentram todos os dados encontrados nas medições realizadas com os equipamentos descritos acima, aplicando as fórmulas apresentada e pedidas no experimento. 
	Altura da Rampa
	Velocidade de Lançamento (m/s)
	Alcance (M)
	20 mm = 0,02 m
	V= 2.9,81 x 0,02 = 0,626 m/s
	120 mm /12 m
	40 mm = 0,04 m
	V= 2.9,81 x 0,04 = 0,886 m/s
	167 mm / 16,7 m
	60 mm = 0,06 m
	V= 2.9,81 x 0,06 = 1,084 m/s
	200 mm / 20 m
	80 mm = 0,08 m
	V= 2.9,81 x 0,08 = 1,252 m/s
	240 mm / 24 m
	100 mm = 0,1 m
	V= 2.9,81 x 0,1= 1,4 m/s
	273 mm / 27,3 m
Tabela 1 – Dados gerais da experiência.
Gráfico 1 – Gráfico Alcance x Velocidade 
Conclusão
Mediante a análise dos dados obtidos na experiência sobre o lançamento horizontal chegamos à conclusão de que o movimento é composto por duas velocidades: Horizontal e vertical. A componente horizontal da velocidade é constante, não sofrendo influência da aceleração da gravidade, caracterizando um MRU. Já a componente vertical da velocidade é diretamente influenciada pela aceleração da gravidade, caracterizando um MRUV acelerado. 
Bibliografia
Força Elástica https://www.todamateria.com.br/forca-elastica/
 Acessado em 25/04/2018.