Calculadora de molas

Uma mola ideal exerce uma força restauradora proporcional ao deslocamento em relação ao equilíbrio. A lei de Hooke expressa essa relação como F = −kx, em que k é a constante elástica e x é o deslocamento. O sinal negativo indica que a força tem sentido oposto ao deslocamento. Esta calculadora informa o módulo da força, ou seja, o valor absoluto de kx, enquanto o sentido físico continua apontando para o equilíbrio. A constante elástica mede a rigidez em newtons por metro. Um valor maior exige mais força para a mesma extensão ou compressão. A energia potencial elástica é metade de k vezes x ao quadrado e representa o trabalho armazenado ao deformar a mola a partir do equilíbrio. Ela nunca é negativa neste modelo ideal, pois o deslocamento é elevado ao quadrado, embora a força com sinal se inverta quando o deslocamento muda de sentido. Adicionar uma massa cria um oscilador harmônico simples quando se podem desprezar amortecimento, atrito, deslocamentos do equilíbrio por gravidade e massa da mola. Seu período é T = 2π√(m/k), e a frequência é o inverso do período. Uma mola mais rígida oscila mais rápido; uma massa maior, mais devagar. A amplitude não altera o período ideal, embora mude a força máxima e a energia armazenada. Para k = 200 N/m, deslocamento de 0.1 m e massa de 2 kg, o módulo da força é 20 N e a energia elástica é 1 J. O período ideal correspondente é de aproximadamente 0.63 s e a frequência é 1.59 Hz. Esses valores descrevem pequenas oscilações em torno do equilíbrio. Na montagem vertical, a gravidade desloca o equilíbrio, mas não altera a frequência ideal de pequenas oscilações de uma mola linear. Molas reais se afastam do modelo. As espiras têm massa, os materiais têm limites elásticos, as conexões acrescentam flexibilidade e a resistência do ar ou o atrito dissipam energia. Grandes deformações podem tornar a rigidez não linear. Molas de tração com espiras fechadas também podem ter tensão inicial, enquanto molas de compressão podem sofrer flambagem se mal guiadas. Nunca suponha que o resultado linear continue seguro além dos limites de curso, carga, vida em fadiga ou altura sólida definidos pelo fabricante. Use a calculadora para estudar física, dimensionar mecanismos inicialmente, estimar vibrações e conferir a consistência entre força, energia e frequência. Meça o deslocamento a partir do equilíbrio sob carga adequado ao problema e use a massa móvel efetiva, que pode incluir uma fração da massa da mola e das ferragens. Em máquinas, suspensões, dispositivos de lançamento ou projetos críticos para a segurança, considere pré-carga, amortecimento, ressonância, tolerâncias, fadiga, fatores de impacto e condições de contorno com métodos de engenharia validados.