miniatura|direita|200px|Força F em função do alongamento s. A curva 1 é progressiva, a 2 é linear e a 3 é degressiva. A curva 4 tem força quase constante e a 5 é progressiva com mudança acentuada de inclinação. miniatura|180x180px|Uma mola usinada reúne características diferentes em uma única peça produzida a partir de uma barra. miniatura|Contatos de pilhas frequentemente empregam molas de geometria variável.
Uma mola é um dispositivo constituído de um material elástico, mas relativamente rígido, geralmente metálico, dobrado ou moldado em uma forma, sobretudo helicoidal, capaz de recuperar sua forma após ser comprimido, alongado ou torcido. Acepção V. 25. As molas podem armazenar energia quando comprimidas, alongadas ou torcidas. No uso cotidiano, o termo costuma designar as molas helicoidais, mas abrange outros tipos. As molas modernas geralmente são fabricadas com aço para molas. Um exemplo de mola não metálica é o arco, tradicionalmente feito de madeira flexível de teixo, que, ao ser retesado, armazena energia para impulsionar uma flecha.
Uma mola de resposta linear, sem pré-carga, exerce uma força restauradora aproximadamente proporcional ao alongamento ou à compressão em relação ao comprimento sem carga. Essa aproximação vale apenas na faixa em que a resposta permanece linear. A rigidez de uma mola é a variação da carga aplicada dividida pela variação de sua deflexão. É a inclinação da curva de carga em função da deflexão. Quando essa inclinação é constante, recebe o nome de constante elástica. A rigidez de uma mola de tração ou de compressão é expressa em unidades de força dividida por distância, como N/m. Uma mola de torção recebe uma carga que tende a girar suas extremidades uma em relação à outra e exerce um torque de oposição. Em uma mola de torção linear, esse torque é proporcional ao ângulo de rotação. Sua rigidez é expressa em unidades de torque dividido por ângulo, como N·m/rad. O inverso da rigidez é a flexibilidade: uma mola com rigidez de 10 N/mm tem flexibilidade de 0,1 mm/N. Para molas lineares, as rigidezes de molas em paralelo são aditivas, e as flexibilidades de molas em série também são aditivas.
As molas são feitas de materiais elásticos, dos quais o mais comum é o aço para molas. Molas pequenas podem ser enroladas a partir de material previamente endurecido, enquanto as maiores são produzidas com aço recozido e endurecidas após a fabricação. Também se utilizam alguns metais não ferrosos, como bronze fosforoso e titânio, em peças que exigem resistência à corrosão, e cobre-berílio, de baixa resistência elétrica, em molas que conduzem corrente elétrica.
Há também molas de compressão feitas de polímeros e compósitos. Esses materiais permitem produzir peças não magnéticas e eletricamente isolantes. A resistência à corrosão depende da compatibilidade do material com as substâncias às quais ficará exposto.
Etimologia A palavra "mola", no sentido mecânico, vem do italiano molla.
História Molas simples, não helicoidais, têm sido utilizadas ao longo da história humana, como no arco e flecha. Na Idade do Bronze, já se empregavam dispositivos de mola mais sofisticados, como mostra a disseminação das pinças em culturas de diferentes regiões. Ctesíbio de Alexandria desenvolveu um método de fabricação de molas com uma liga de bronze de maior teor de estanho, endurecida por martelamento após a fundição.
Molas enroladas já eram utilizadas em fíbulas antigas, como uma peça etrusca dos séculos VI–V a.C. cuja mola também forma a cauda de um leão decorativo. No início do século XV, molas enroladas eram empregadas em fechaduras de portas. Os primeiros relógios movidos a mola apareceram nesse mesmo século e deram origem aos primeiros relógios portáteis, ainda de grandes dimensões, no século XVI.
Em 1676, o físico britânico Robert Hooke enunciou a lei de Hooke, segundo a qual a força exercida por uma mola é proporcional ao seu alongamento.
Em 8 de março de 1850, John Evans, fundador da John Evans' Sons, Incorporated, abriu seu negócio em New Haven, Connecticut, produzindo molas planas para carruagens e outros veículos, além das máquinas utilizadas em sua fabricação. Evans era um ferreiro e fabricante de molas galês que emigrou para os Estados Unidos em 1847. A John Evans' Sons tornou-se conhecida como "a mais antiga fabricante de molas dos Estados Unidos" e permanece em atividade.
Tipos
Classificação miniatura|Diferentes formas de aplicação de uma carga. As molas podem ser classificadas de acordo com a maneira pela qual a carga é aplicada.
Mola de tração ou de extensão Projetada para trabalhar sob uma carga de tração, alongando-se à medida que a carga é aplicada.
Mola de compressão Projetada para trabalhar sob uma carga de compressão, encurtando-se à medida que a carga é aplicada. Mola de torção Ao contrário dos tipos anteriores, nos quais a carga é uma força axial, a carga aplicada a uma mola de torção é um torque, ou momento de torção, e a extremidade da mola gira por determinado ângulo à medida que a carga é aplicada. É frequentemente empregada em suspensões de veículos com barras de torção. miniatura|Uma barra de torção torcida sob carga.
Mola de flexão Trabalha pela flexão de uma lâmina, barra ou viga, como nas molas em balanço e nas molas de lâminas.
A maneira de aplicar a carga não determina, por si só, o esforço predominante no material. Em uma mola helicoidal de compressão ou de tração, o fio trabalha principalmente sob torção. Já o fio de uma mola helicoidal de torção trabalha principalmente sob flexão.
A forma fornece outra classificação. As molas helicoidais e as molas de lâminas são formas comuns. Há também molas em arco, com o eixo da hélice curvado, e molas anulares, cujas extremidades são unidas para formar um anel que exerce força radial.
Tipos comuns Os tipos mais comuns de mola são:
Mola de balanço Também conhecida como espiral ou cabelo. É uma mola espiral delicada, utilizada em relógios e galvanômetros. Em volantes, o conector espiral, chamado de clockspring em inglês, é um componente distinto, com uma fita condutora enrolada que mantém a conexão elétrica durante a rotação. Mola em balanço Mola plana fixada em apenas uma extremidade, como um cantiléver, cuja extremidade livre recebe a carga. Mola helicoidal Mola produzida pelo enrolamento de um fio em forma de hélice. Pode trabalhar sob tração, compressão ou torção. As molas de tração ou de extensão são projetadas para se alongar sob carga. Suas espiras normalmente se tocam quando não há carga, e cada extremidade apresenta um gancho, um olhal ou outro meio de fixação. Podem ter uma tensão inicial incorporada na fabricação, que precisa ser vencida para que as espiras comecem a se separar. As molas de compressão são projetadas para encurtar sob carga. Suas espiras ativas ficam separadas quando não há carga. Em geral, a força é transmitida por superfícies de apoio nas extremidades, sem os ganchos utilizados nas molas de tração. As molas helicoidais de torção têm extremidades que recebem um torque e giram uma em relação à outra, armazenando energia pela flexão do fio. Mola em arco Mola helicoidal de compressão previamente curvada ou em forma de arco, capaz de transmitir torque em torno de um eixo. Mola anular Mola helicoidal com as extremidades unidas em um círculo. Pode ser construída como mola de tração ou de compressão, exercendo força radial para dentro ou para fora do anel. Mola de voluta Mola de compressão feita de uma fita metálica de seção retangular enrolada em forma de cone. Suas espiras se sobrepõem e deslizam umas sobre as outras durante a compressão, permitindo um curso longo em relação ao comprimento comprimido.
Mola de lâminas Mola plana utilizada em suspensões de veículos, interruptores elétricos e arcos. Mola em V Utilizada em mecanismos de armas de fogo antigas. Em fechos de roda, a mola principal podia ter formato em V, e o mesmo formato foi usado em fechos de pederneira e em fechos de percussão. É empregada em fechaduras de portas. Mola chevron Mola constituída de camadas de borracha e metal dispostas em V, utilizada em sistemas de suspensão ferroviária. Não se confunde com a mola metálica em V dos mecanismos anteriores.
Outros tipos Outros tipos incluem:
Arruela Belleville Mola em forma de disco, normalmente utilizada para aplicar tensão a um parafuso e também em mecanismos de acionamento de minas terrestres ativadas por pressão. Mola de força constante Fita pré-tensionada que tende a permanecer enrolada. Ao ser desenrolada, exerce uma força de oposição aproximadamente constante ao longo do curso útil. Mola a gás Utiliza a compressibilidade de um gás para exercer uma força elástica. Mola pneumática Emprega ar comprimido em um invólucro flexível, como um fole de borracha. É usada em suspensões a ar de caminhões e ônibus e pode receber ar para ajustar o suporte à carga e a altura da suspensão. Mola ideal Conceito utilizado na física para representar uma mola perfeita, sem peso, massa, perdas por amortecimento ou limites de deformação. A força exercida por uma mola ideal é exatamente proporcional ao seu alongamento ou à sua compressão. Mola principal Mola de fita espiral utilizada para armazenar energia em mecanismos de relojoaria, como relógios de pulso, relógios, caixas de música, brinquedos de corda e lanternas a dínamo. Mola negadora Outro nome para a mola de força constante, feita de uma fita metálica fina. A força resulta da tendência da fita a recuperar sua curvatura enrolada. É empregada em mecanismos de contrabalanço e de recolhimento de cabos. Mola helicoidal de rigidez progressiva Mola helicoidal de rigidez variável, normalmente obtida por meio de espaçamentos desiguais entre as espiras, de modo que, à medida que a mola é comprimida, uma ou mais espiras se apoiam nas adjacentes. Elástico Mola de tração na qual a energia é armazenada pelo alongamento do material. Arruela de mola Utilizada para aplicar uma pré-carga elástica ao longo do eixo de um elemento de fixação. Mola de tubo oco Pode trabalhar sob tração ou compressão. Projetos de Philip Bogrash propõem preencher o tubo com fluido e controlar sua pressão ou seu escoamento para alterar a resposta da mola. Em algumas versões, a seção transversal do tubo muda durante a deformação, modificando seu volume interno. Membranas, pistões ou válvulas controlam a interação entre o fluido e o tubo. Os projetos também preveem variantes capazes de produzir movimento como atuadores. Essas possibilidades dependem da construção proposta, não são propriedades gerais de toda mola tubular.
Tubo Bourdon Tubo metálico curvo, de seção transversal oval, utilizado como elemento elástico em manômetros. O aumento da pressão interna tende a tornar a seção mais circular e a abrir a curvatura do tubo. O deslocamento da extremidade é transmitido ao ponteiro do instrumento. Mola ondulada Designação de tipos de mola que utilizam ondulações para produzir o efeito elástico em uma configuração compacta.
Física
Lei de Hooke
Uma mola ideal linear obedece à lei de Hooke, segundo a qual a força restauradora é proporcional à variação de seu comprimento em relação ao comprimento natural, sem carga:
em que: x é a variação de comprimento, positiva no alongamento e negativa na compressão. F é a força restauradora exercida pela mola, com seu sinal indicando o sentido. k é a rigidez, constante elástica ou constante de força da mola, que depende de seu material e de sua construção. O sinal negativo indica que a força exercida pela mola tem sentido oposto à deformação. O limite elástico, além do qual pode haver deformação permanente, não se confunde com o limite de proporcionalidade. Uma mola pode recuperar sua forma e, mesmo assim, ter uma relação não linear entre força e deslocamento.