Equipamento desenvolvido para o estudo das propriedades mecânicas de materiais e estruturas. Este sensor permite medir simultaneamente a força aplicada e o deslocamento (deformação) resultante dessa força, possibilitando a análise do comportamento estrutural de diversos materiais e modelos construtivos.

Amplamente utilizado em contextos educativos, laboratoriais e de investigação, sobretudo nas áreas da física, engenharia civil, mecânica e ciência dos materiais. O seu principal objetivo é ajudar os estudantes e investigadores a compreender a relação entre força, deformação e resistência dos materiais, através de experiências práticas e visualização gráfica dos dados em tempo real.

O sistema é composto por uma célula de carga (sensor de força) e um sensor de deslocamento, integrados numa estrutura robusta que permite aplicar carga controlada sobre o objeto em estudo — por exemplo, vigas, pontes em miniatura, colunas ou amostras de materiais. À medida que a força é aplicada, o sensor regista o valor da carga e o correspondente deslocamento, produzindo gráficos força × deslocamento (ou tensão × deformação) que permitem analisar o comportamento elástico e plástico do material.

O GDX-VSMT comunica com o software Vernier Graphical Analysis por Bluetooth ou ligação USB, possibilitando uma recolha de dados rápida, precisa e visual. Os resultados podem ser apresentados em gráficos, tabelas e relatórios, facilitando a interpretação dos fenómenos físicos envolvidos.

Graças à sua versatilidade, o sensor é ideal para experiências como:

• Testes de resistência e de carga até à rutura;
• Determinação do módulo de elasticidade;
• Análise de curvas de força vs deslocamento;
• Estudos comparativos entre diferentes materiais ou geometrias estruturais;
• Ensaios de deflexão em vigas e pontes;
• Investigação dos modos de falha e comportamento sob carga repetida.

Exemplo de atividades

1. Testes de carga máxima / resistência

• Aplicar força crescente a uma viga, ponte ou estrutura construída até que ocorra a fractura. Medir a força máxima suportada antes do colapso.
• Comparar diferentes materiais (madeira, alumínio, plástico, compósitos) construindo vigas semelhantes e verificando qual suporta mais carga.

2. Relação força vs deslocamento (rigidez / deformação)

• Registar a curva força (F) vs deslocamento (δ) enquanto se aplica carga gradual.
• A partir dessa curva, determinar a rigidez (módulo de elasticidade) da estrutura ou material, ou comparar o comportamento elástico e plástico.
• Calcular deformações relativas (strain) ou tensões (stress), especialmente se se conhecer a geometria da viga ou secção transversal.

3. Deflexão de uma viga apoiada (viga bi-apoiada)

• Colocar uma viga apoiada nas extremidades e aplicar carga no centro (ou fora do centro) para medir a deflexão.
• Utilizar a fórmula clássica da deflexão de vigas para comparar valores teóricos com os da experiência:

Δ=F l348 E I\Delta = \frac{F \, l^3}{48\, E\, I}Δ=48EIFl3​

onde Δ é a deflexão, F a força aplicada, l o vão entre os apoios, E o módulo de elasticidade e I o momento de inércia da secção.

• Experimentar diferentes perfis de viga (retangular, I, tubular, etc.) e comparar o comportamento para a mesma carga.

4. Competições de “pontes de estudantes” (bridge competitions)

• Estudantes projetam e constroem pontes leves com materiais simples (palitos, cartão, materiais escolares) para suportar o maior peso possível.
• Testar as pontes usando o sensor, registando a força máxima suportada e a eficiência (força suportada / massa da ponte).
• Comparar entre colegas, avaliar projeto estrutural ótimo.

5. Comparação de diferentes construções estruturais (treliças, reticulados, arcos, vigas mistas)

• Construir diferentes estruturas (por exemplo, em forma de treliça, vigas diagonais, treliças trianguladas) e comparar qual estrutura suporta mais força para igual massa.
• Usar o sensor para testar a deformação das estruturas sob carga, verificar quais elementos cedem primeiro.

6. Estudo de falhas e modos de ruptura

• Sincronizar com vídeo a aplicação da carga para observar qual parte da estrutura falhou e correlacionar com dados do sensor (força, deslocamento)
• Anotar no gráfico em que ponto ocorreu a ruptura e quais deformações ocorreram previamente.

7. Ensaios repetidos / ciclos de carga

• Aplicar e retirar carga várias vezes (ciclagem) para estudar fadiga ou deformações permanentes residuais.
• Verificar se após descarregar a estrutura ela retorna exatamente à posição inicial (elasticidade) ou fica deformada (plástico).

8. Investigação de propriedades materiais (módulo de elasticidade)

• Usar vigas padronizadas de diferentes materiais, calcular deflexões e determinar o módulo de elasticidade (E) experimentalmente.
• Comparar com valores teóricos e tabelados.

9. Atividades interdisciplinares

• Projetar estruturas para projetos de arquitetura ou civil, simulando cargas reais (ex: peso de uma carga) e validando com o sensor.
• Combinar com software de simulação (por exemplo elementos finitos) e comparar resultados experimentais com simulações.