Pare um pouquinho e pense no seguinte: O que uma balança, um carro, um playground e um teclado tem em comum?

Há quem diga que a roda foi a invenção mecânica mais importante da história da humanidade; não irei negar essa afirmação, mas, hoje em dia, as molas, de diferentes formatos, tamanhos e durezas, estão tão presentes no nosso cotidiano como a roda. Muitas vezes, quando estudamos esse assunto no ensino médio, ele vem como um conteúdo secundário, passado muito rapidamente dentro das leis de Newton. E assim, perdemos a oportunidade de dar significado a um conceito, relativamente de fácil experimentação, e apenas jogamos uma equação no quadro. Este texto tem o objetivo de inspirar professores de ciências e de física, a tratarem esse conteúdo com um pouco mais de carinho, se possível, provando a lei de Hooke experimentalmente, e mostrando a importância das molas na nossa vida.

Sobre as Molas

Existem vários tipos de molas: molas de compressão, de tração, helicoidal, espiral entre outros. Cada tipo é usado para diferentes situações e máquinas no nosso dia a dia, por exemplo, você já parou pra pensar que enquanto você digita um email em um teclado de computador, você está interagindo com várias molas? Ou quando você aperta um botão, para acender uma lâmpada ou acionar uma campainha? A mola é um objeto elástico utilizado para armazenar energia mecânica. Esses objetos mudam de forma como consequência de uma força externa e volta ao seu estado original quando a força é removida; essa situação é chamada de deformação elástica. Já, após a força ser aplicada, se o material não retorna ao seu estado original, dizemos que é uma deformação plástica.

A lei de Hooke

Robert Hooke foi um cientista inglês, contemporâneo de Isaac Newton, que viveu no século XVII. Ele era um exímio inventor e um estudioso nato, a ele atribui-se a invenção do barômetro por exemplo, e a utilização do microscópio composto para observar cortes de cortiça e descobrir, o que hoje conhecemos como parede celular, nas células vegetais. Ao estudar empiricamente sobre a elasticidade em molas, ele notou que para muitos materiais o gráfico da força de restauração pela deformação, era um gráfico linear, ou seja, a força necessária para esticar uma mola é diretamente proporcional a deformação da mola. A partir daí tem-se a equação:

Sendo:

F = força elástica (N)

K = Constante da mola (N/m)

X = Deformação (m)

O sinal negativo na equação significa que a força elástica, ou seja, a força de restauração da mola, é sempre contrária a força causadora da deformação. E essa característica de alguns materiais nos permite utilizar as molas em diferentes aparelhos, seja em ferramentas, em brinquedos de playground para crianças, no pilates, ou até em sistema amortecedor nos carros, além de freios e embreagens.

Uma ideia de apresentação do conteúdo

Uma prática experimental para provar a lei de Hooke, é uma ótima oportunidade de, não apenas deixar o aluno buscar e construir o seu próprio conhecimento, incentivado e orientado pelo professor, mas de praticar habilidades científicas como a criação de gráficos a partir de dados experimentais, e exploração desses gráficos.

A parte do nosso kit de mecânica que contempla a parte de molas, é idealizado para esse tipo de prática. O aluno, através de um aparato experimental, como representado abaixo, será capaz de chegar a mesma conclusão que Robert Hooke chegou no século XVII, dando muito mais significado ao aprendizado do que apenas apresentar uma equação ao quadro.

Experimento da Lei de Hooke com a mola helicoidal do Conjunto de Mecânica.

Conjunto para Lei de Hooke

Conjunto de Mecânica Estática – Linha Basic

 

Pendurando nas molas pesos de diferentes massas, o aluno medirá o comprimento inicial e o final da mola, tirando assim o dado da deformação. A partir dessa informação ele será capaz de achar um padrão, relacionando a massa colocada e a deformação, esse é o valor da constante de proporcionalidade (K), molas diferentes terão constantes diferentes e são usadas para objetivos diferentes. Por exemplo, por essa hora, você já deve estar se perguntando o que a mola tem a ver com a urna eletrônica?

Um dos testes que objetos diversos como satélites, carros e também urnas eletrônicas passam é o teste de vibração. No caso de satélites e urnas eletrônicas esses testes são feitos no INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), através de plataformas conhecidas como “shakers”, com molas, eles são capazes de simular diferentes vibrações para verificar os efeitos nesses objetos. Como a urna eletrônica, algo tão importante para o destino do país, é transportada por todos os cantos do país, de várias formas diferentes, um dos testes é justamente o de vibração. A vibração do caminho, não pode alterar absolutamente em nada o funcionamento da urna.

A partir dos dados obtidos experimentalmente, os alunos podem ser incentivados a desenhar um gráfico com esses valores. É importante que o professor discuta com eles a melhor escala para a confecção do gráfico de acordo com os dados obtidos.

Associação de molas

Outra possibilidade muito interessante a ser explorada, é a experimentação com uma associação de molas. É outra ótima oportunidade para alunos que nunca estudaram tal conteúdo chegarem nas conclusões corretas a partir da experimentação. As molas podem ser associadas em série e em paralelo e cada associação trará sua própria especificidade.

 

É um tanto até contra intuitivo notar o que ocorre com a constante elástica do sistema de molas quando estes estão associados em série ou em paralelo. É equivalente ao que ocorre na associação de capacitores. No tempo oportuno, essa é uma discussão que vale a pena ser feita. As molas armazenam energia potencial elástica, enquanto os capacitores armazenam energia potencial elétrica, e a maneira de resolução de problemas relacionados tanto a associação de molas quanto de capacitores são equivalentes.

O nosso kit de mecânica também está equipado para auxiliar o professor e a turma nessa parte do conteúdo. É importante que o professor leve os alunos a descobrir e compreender o quanto as molas são importantes no nosso cotidiano, e o quanto a utilizamos, dando assim significado a aprendizagem.