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Energia Potencial Elástica

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Uma das aplicações importantes desta forma de energia acontece na suspensão de um automóvel.

Observe a figura ao lado:

5- AMORTECEDOR – Garante a estabilidade do veículo, evitando o movimento de oscilação da mola.

14- MOLA HELICOIDAL – Garantem a sustentação do veículo e ajudam a absorver impacto.

Na verdade o que acabamos de observar é um exemplo de oscilador massa-mola.   Quando este automóvel está em uma pista reta e horizontal sua suspensão já fica um pouco comprimida devido à força da gravidade que atua sobre a massa do carro e ao passar em um quebra-mola por exemplo a mola é comprimida mais ainda adquirindo uma certa energia potencial que nas oscilações é dada por 1/2[kA2], onde k é uma constante chamada de elástica que no caso de um automóvel de passeio é de aproximadamente 20.000N/m e A é a amplitude, ou seja, o módulo do valor máximo do deslocamento Xmáx, percebemos então que ao passar pelo quebra-molas sua amplitude vai variar gerando uma energia potencial, mas você percebe que o automóvel não fica oscilando por muito tempo, na verdade o correto é que ele pare na posição de “equilíbrio” antes de completar sua primeira oscilação(crítica), função esta desempenhada pelo amortecedor.

Uma das maneiras de testar os amortecedores é pressionar o automóvel e verificar se ele balança muito, caso isso aconteça está na hora de substituí-los.
Neste exemplo a energia adquirida pelo sistema é absorvida pelo amortecedor.

Vejamos agora um exemplo onde a energia mecânica se conserva graças a um “empurrãozinho”. Na prática sempre haverá dissipação de energia por atrito ou resistência do ar, mas nas oscilações forçadas isto acontece de maneira onde essa energia é compensada.

–> Considere o exemplo clássico de um relógio de pêndulo, figura a direita:

Relógio este que foi inventado pelo físico holandês Christian Huygens (1629-1695) em 1656 e que foi publicada com uma descrição detalhada em 1658 em sua obra Horologium.
Mas isto foi possível graças aos estudos feitos anteriormente por Galileu que ao ver um lustre oscilar em uma missa na catedral de Piza e após desenvolver sua teoria sobre pêndulos concluiu que (resumidamente):

“Pêndulos de mesmo comprimento e mesma massa demoravam sempre o mesmo período de tempo para realizar uma oscilação completa.”

Então, na verdade, quando damos corda em um relógio estamos armazenando energia potencial elástica e quando ele começa a oscilar a energia dissipada deverá ser igual à energia “injetada” pela mola para que ele funcione pontualmente.

Demonstração Clássica

As equações matemáticas estão presentes na física, pois descrevem seus movimentos, suas interações com outros corpos, em fim seu comportamento. O objetivo de colocarmos esta demonstração é tentar mostrar como elas são obtidas e suas relações.
Vamos tentar aqui, explicar o porquê da expressão 1/2(mv2) e como se chegou a esta conclusão. Como trabalho e energia cinética estão relacionados, vamos através de um deduzir o outro.

Suponhamos que queremos deslocar uma caixa de um ponto para outro como mostra a figura ao lado:
Percebemos rapidamente que, se aplicarmos uma Força (F) em uma direção horizontal o bloco ele conseqüentemente irá se deslocar uma distância d qualquer, verificamos também que se esta força for aplicada em um angulo Entre 00<q<900 você não aproveitará totalmente a força aplicada, logo veremos que o trabalho também dependerá do ângulo.

Por isso o trabalho(t) que relaciona a força aplicada a um uma certa distância sob um determinado ângulo é dada por :

t = F * d * cosq, mas temos que:

Substituindo na equação original teremos:

 

 

* Neste caso o cosq(q = 0) é 1 , mesma direção e sentido.
* Unidade no SI de trabalho é o joule (J).

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