Essa seção de nosso estudo será muito importante para compreendermos a fundo o que acontece em um sistema massa-mola, e onde veremos algumas variações do nosso sistema apresentado, no caso o sistema massa-mola vertical (em pé e pendurado).
Vamos analisar o somatório de forças do bloco m em nosso sistema massa-mola em todo os instantes do movimento harmônico simples, usando também o que vimos na seção anterior.
Em uma das extremidades temos o valor máximo em módulo da força elástica (|F| = |-kX|) por estarmos no valor máximo de deslocamento em relação à posição 0, isso também significa que a energia potencial elástica é máxima e a energia cinética é nula.
Análise Dinâmica do M.H.S. em todos os instantes do movimento.
Da 1a Lei de Newton (Lei da Inércia) que diz que um corpo tende a ficar parado ou em movimento retilíneo uniforme até que uma força lhe seja aplicada, e esse é o caso, o nosso bloco m começa a se deslocar em direção ao ponto de equilíbrio 0. Sua velocidade já não é mais nula, ela vai aumentando a medida que o valor em módulo de X, |X|, vai diminuindo pois a energia potencial elástica está se convertendo em energia cinética. Apesar da força restauradora estar também diminuindo pela mesma razão, e por conseqüência a sua aceleração, já que F = ma(t) e m é constante, a velocidade do bloco m vai aumentando durante todo o trajeto até o ponto 0. Isso se deve pois apesar da força restauradora estar diminuindo durante o trajeto extremidade-ponto 0, com exceção de no ponto 0, ela não é nula em nenhum momento, o que permite que a velocidade do bloco de massa m vá aumentando durante todo o trajeto.
Quando o bloco de massa m chega no ponto 0, a sua velocidade, e por conseqüência a sua Ec também, será máxima. A energia potencial elástica do sistema será nula e a força restauradora também.
Da 1a. Lei de Newton (Lei da Inércia), também pode se inferir que o bloco de massa m com velocidade máxima V e nenhuma força sobre ele no ponto 0 tenderá a continuar em movimento retilíneo uniforme com velocidade V agora no mesmo sentido em que vinha, sendo agora a parte negativa do eixo x em relação ao ponto 0 (compare com os gráficos das funções deslocamento, velocidade e aceleração).
Contanto, assim que ele passar pelo ponto 0, haverá um deslocamento X em relação ao mesmo, e outra força restauradora de módulo |F| = |-kX| em sentido contrário a da anterior tenderá a trazer o bloco m de volta ao ponto 0.
Entretanto qualquer corpo com uma certa velocidade V irá desacelerar antes que atinja velocidade zero e comece a voltar quando uma força contrária ao sentido de seu movimento lhe for exercido.
O bloco de massa m somente irá parar e começar a retornar quando toda a sua energia cinética for convertida em energia potencial elástica, o que somente irá acontecer quando o mesmo atingir a outra extremidade do nosso oscilador.
Sendo que durante o trajeto ponto 0 - outra extremidade, a força restauradora irá aumentando à medida que o bloco de massa m for se afastando da posição de equilíbrio. Isso irá fazer com que o bloco de massa m se desacelere mais rápido, reduzindo a sua velocidade, mas não irá parar até atingir a outra extremidade.
Na volta, toda a energia potencial elástica do sistema vai sendo convertida em energia cinética no bloco de massa m, passando novamente no ponto 0 com velocidade máxima V em módulo e nenhuma força exercida sobre ele, onde tenderá pela Lei da Inércia a continuar em movimento retilíneo uniforme, quando for se deslocar da posição 0 uma força restauradora proporcional ao deslocamento X irá começar a desacelerar o bloco até que chegue a extremidade de onde saíra a um ciclo atrás com velocidade nula (Ec também nula), e a energia potencial elástica do sistema sendo máxima. Isso irá fazer com que o bloco se mova novamente em direção à posição de equilíbrio iniciando um novo ciclo.
No caso do sistema massa-mola pendurado ou em pé temos o acréscimo da força-peso ao sistema, onde haverá um deslocamento da posição de equilíbrio em relação ao sistema massa-mola sem gravidade, conforme poderemos ver pelos gráficos abaixo, sendo que a nova posição em que a resultante de forças será nula será um pouco mais embaixo tanto para o sistema pendurado quanto em pé.
Análise Gráfica das Forças sobre o Bloco de Massa M com o Sistema Massa-Mola Pendurado
A análise passo a passo de como se comporta o sistema massa-mola pendurado ou em pé seria um ótimo exercício para o entendimento do que fora apresentado nessa seção.
