Física 01 - Dinâmica I - Força elástica e força de atrito

1.0 Força elástica

Sabendo que as molas podem ser deformadas pela ação de forças - regidas pelas leis de Newton, vejamos o esperimento de Robert Hooke:

Uma mola tem inicialmente um comprimento L0 até sofrer uma deformação X1 provocada pela ação de uma força F1. Logo, X1 = L1 - L0. Uma outra força, de intensidade F2 é aplicada à mola maior que F1, uma nova deformação é observada = X2. Hooke percebeu que a força aplicada era proporcional ao deformamento da mola, desde que a deformação seja "pequena". Esse resultado recebeu o nome de Lei de Hooke:

Lei de Hooke: F1/X1 = F2/X2 = F2/X3 = F4/X4 = constante = K

Dela, podemos tirar a tão famosa

F = K.X

Depois que uma certa força é aplicada a uma mola, esta tende a voltar ao seu comprimento inicial, quando isso ocorre, a deformação recebe o nome de deformação elástica. Mas nem sempre isso acontece, quando a mola não volta ao seu comprimento original significa que ela ultrapassou o limite x'. A partir desse limite a mola perde suas elasticidade, exagerando na força aplicada ela tende a quebrar.

1.1 Mola ideal

A mola ideal é quando consideramos sua massa como sendo nula e que sempre obedeça à Lei de Hooke. Veja um exemplo:

Em uma mola com comprimento inicial L0 = 1,6 m e presa a um suporte, pendura-se na outra extremidade um bloco de massa m = 1,2 kg, de modo que na posição de equilíbrio o novo equilíbrio da mola é L = 1,9 m. Supondo g = 10 m/s², calcule a constante elástica dessa mola.

Resolução: Como o sistema está em equilíbrio, a força peso (P, para baixo) do bloco tem que ser igual à força que a mola exerce (Fm, para cima). Logo, P = Fm. Mas sabemos que a força peso, assim como as regidas pela 2ª Lei de Newton, obedece ao princípio de F = m.a. Logo, P = m.a, como a aceleração é gravitacional, temos: P = m.g. A força elástica da mola é dada pela lei de Hooke, Fm = k.x. Igualando as duas forças temos que m.g = k.x. Substituindo, ficamos com 1,2 . 10 = k .( 1,9 - 1,6 ) ==> k = 40 N/m.

2.0 Força de atrito

Juntamente com a resistência do ar, a força de atrito compõe as forças dissipativas, aquelas que retardam ou até mesmo param movimentos. É o caso do velho exemplo onde um homem empurra uma caixa aplicando uma força de intensidade F mas em certo comento ela para. Parou pela ação da força de atrito, visto que, na maioria dos casos, a resistência do ar é desprezada.
Mas porque existe atrito? Já imaginou a nossa vida sem atrito? Não conseguiríamos andar, nem segurar coisas. O atrito existe porque os átomos que compõem os objetos, não são lisos, há espaços vazios entre átomos e dentro deles. Em alguns casos há ainda as forças de atração entre as moléculas de dois corpos em contato construindo pequenas soldas que precisam ser quebradas para que haja movimento.

2.1 Leis do atrito cinético

Atrito cinético é quando um corpo desliza sobre uma superfície. 

• Quando as superfícies que entraram em contato estão secas, a força de atrito depende dos materiais das mesmas; 
• Quando lubrificadas, a força de atreito dependerá mais do lubrificante do que dos materiais de que são feitas as superfícies; 
• A força de atrito  tem uma pequena diminuição quando a velocidade com que o corpo desliza é muito grande; 
• A força de atrito (Fa) é proporcional à força normal (Fn). Logo:

Fa = µc . Fn

onde µc é o coeficiente de atrito cinético e depende dos materiais em contato.

Confira uma tabela que mostra valores aproximados de alguns coeficientes cinéticos/ dinâmicos e estáticos (a pedido da visitante Mayara Silva)

Materiais	µc	µe
Aço sobre aço	0,57	0,74
Gelo sobre gelo	0,03	0,1
Alumínio sobre aço	0,47	0,61
Cobre sobre aço	0,36	0,5
Madeira sobre madeira	0,34	0,54
Borracha sobre outros sólidos	1	1 – 4
Teflon sobre aço	0,04	0,04
Aço sobre gelo	0,01	0,02

Fonte da tabela: Link, é uma página escaneada do livro que esta hospedada no site de download crocko que tem 5 MB. Não consegui colocá-la de outra forma na net. Até poderia colocar como post no blog, mas ficaria pequena e impossível de ler.

<< Dinâmica I : As Leis de Newton