Oscilador Massa-Mola DIY
Esta demonstração clássica de física usa itens domésticos para medir constante de mola e explorar movimento harmônico simples (MHS).
Materiais
- Uma mola (mola de porta de tela, slinky, ou mola de extensão de loja de ferragens)
- Uma massa (peso conhecido: massa gancho 100g, ou garrafa d'água pesada em balança de cozinha)
- Uma régua ou fita métrica
- Um cronômetro (app de celular funciona)
- Um copo d'água (para demonstração de amortecimento)
- Suporte: batente de porta, gancho de teto, ou borda de mesa resistente com grampo
Procedimento
- Pendure a mola verticalmente do suporte.
- Prenda a massa na extremidade inferior da mola.
- Meça a posição de equilíbrio (mola em repouso com massa).
- Puxe a massa 5–10 cm para baixo e solte gentilmente (oscilação apenas vertical).
- Cronometre 10 oscilações completas com o cronômetro. Divida por 10 para período T.
- Repita para massas diferentes (adicione pesos conhecidos).
- Demo amortecimento: Coloque copo d'água sob a massa para que a base mergulhe na água. Repita cronometragem — período aumenta devido ao arrasto.
Cálculos
Constante da mola k a partir do período T e massa m:
T = 2π √(m/k) → k = 4π²m / T²
- m em kg (ex: 0,1 kg)
- T em segundos (ex: 1,0 s)
- k = 4π²(0,1) / 1,0² ≈ 3,95 N/m
Gráfico T² vs m → inclinação = 4π²/k → verifique linearidade (Lei de Hooke).
Observações e Física
- Força restauradora F = -kx (Lei de Hooke) → aceleração oposta ao deslocamento.
- Período T independente da amplitude (para ângulos/deslocamentos pequenos).
- Amortecimento na água: força de arrasto viscoso opõe-se à velocidade → perda de energia → período maior, decaimento da amplitude.
- Molas reais têm massa → massa efetiva = carga + ⅓ massa da mola.
Extensões
- Meça g usando mola vertical: mg = kx no equilíbrio.
- Duas molas em série/paralelo → k efetivo.
- Alternativa pêndulo: corda + massa → T = 2π√(L/g).
Este aparelho custa <$10, ensina mecânica central e prova que física não precisa de laboratório.
