Molas helicoidais 1
(Módulo de rigidez)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Objetivo
Calcular o módulo de rigidez do material com que se faz uma mola cilíndrica helicoidal, através da aplicação direta da lei de Hooke. 

Material
Molas helicoidais cilíndricas de vários materiais; 
porta-pesos; 
massas aferidas; 
micrômetro; 
paquímetro; 
catetômetro (ou régua graduada com cursores); 
papel milimetrado.

Introdução
Pela lei de Hooke, a cada esforço F realizado numa mola helicoidal cilíndrica fixa por uma das extremidades corresponde uma deformação proporcional y. À constante de proporcionalidade k dá-se a denominação de constante elástica das mola (F = k.y).

A constante elástica depende do material de que a mola é feita e das suas características geométricas. Pode-se demonstrar que a dependência entre a constante elástica (k) e o módulo de rigidez do material (r) pode ser expressa por:

onde n é o número de espiras da mola, d o diâmetro do fio de que é feita a mola e D o diâmetro interno médio da mola.

Procedimento
1) Colocar na mola uma carga suficiente para permitir que suas espiras se afastem. Medir a distensão da mola a partir desse ponto de referência, determinando a posição vertical com o catetômetro ou com a régua graduada munida de dois cursores.
2) Adicionar 50 gf à carga inicial e determinar novamente a posição vertical. Prosseguir nesse processo até ser atingida uma elongação com a carga máxima tolerada pela mola.
3) Realizar o processo inverso retirando de cada vez 50 gf e fazendo as leituras respectivas até que se tenha a carga inicial.
4) Elaborar um gráfico da carga adicionada (em gramas-força) nas ordenadas, e das distensões (em centímetros) nas abscissas. Notar a obtenção de uma linha reta, o que indicará que a mola obedece à lei de Hooke.
5) Desenhar a reta da melhor maneira possível entre os pontos marcados e determinar a declividade, escolhendo dois pontos sobre a reta, um dos quais próximo à origem, das coordenadas (x₁, y₁), e outro próximo ao limite superior das coordenadas (x₂, y₂). A declividade será

a = (y₂ - y₁)/(x₂ - x₁)

que nos fornecerá a constante elástica (k) da mola em gf/cm. Converta, adequadamente, para N/m.
6) Com o micrômetro, medir o diâmetro do fio, em diferentes pontos da mola, assumindo o "valor médio" como o diâmetro da mola.
7) Com o paquímetro, medir o diâmetro externo da mola em diferentes posições. Calcular o diâmetro interno da mesma.
8) Contar o número de espiras (n).
9) Com os valores obtidos para d, D, n e k, calcular o valor de r para cada mola fornecida.