Dinâmica: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 20 exercícios, com soluções completas no final.

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1Fórmulas e métodos

Cinemática

Velocidade
v = v0 + a·t
Deslocamento
s = v0·t + ½·a·t²
Sem o tempo
v² = v0² + 2·a·s
Unidades
1 m/s = 3,6 km/h

Método

  1. Liste o que você sabe: v₀, v, a, t e s, com unidades.
  2. Escolha a equação que contém suas três grandezas conhecidas e a incógnita.
  3. Escolha um sentido positivo e dê sinal negativo às grandezas no sentido oposto.
  4. Resolva e verifique se a resposta faz sentido físico.

Leis de Newton

Segunda lei
ΣF = m·a
Peso
W = m·g
Atrito cinético
Ff = μ·N
Em um plano inclinado
ao longo: m·g·sin θ, normal: m·g·cos θ

Método

  1. Desenhe um diagrama de corpo livre com todas as forças sobre o corpo.
  2. Escolha um sentido positivo ao longo do movimento.
  3. Decomponha as forças em componentes ao longo do movimento e perpendiculares a ele (em um plano inclinado: m·g·sin θ ao longo, m·g·cos θ contra o plano).
  4. Aplique ΣF = m·a ao longo do movimento; o atrito é μ·N contra o movimento.

Movimento de projéteis

Componentes
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Posição
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Altura máxima
H = h + vy²/(2g)
Alcance (solo plano)
R = v0²·sin 2θ/g

Método

  1. Decomponha a velocidade de lançamento em componentes: vx = v₀·cos θ e vy = v₀·sin θ.
  2. O movimento horizontal tem velocidade constante; o movimento vertical tem aceleração −g.
  3. Encontre o tempo de voo a partir do movimento vertical.
  4. Use esse tempo no movimento horizontal para encontrar o alcance.

Movimento circular

Aceleração centrípeta
a = v²/r = ω²·r
Força centrípeta
F = m·v²/r
Velocidade angular
ω = v/r = 2π/T
Curva plana, atrito
vmax = √(μ·g·r)

Trabalho e energia

Energia cinética
Ek = ½mv²
Energia potencial
Ep = mgh
Balanço de energia
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Trabalho do atrito
W = μ·N·d
Potência
P = W/t

Quantidade de movimento e colisões

Quantidade de movimento
p = m·v
Conservação
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Perfeitamente inelástica
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Impulso
J = F·Δt = m·Δv

Método

  1. Escolha um sentido positivo e dê a cada velocidade o seu sinal.
  2. Escreva a quantidade de movimento total antes: Σm·v.
  3. Em uma colisão perfeitamente inelástica os corpos se movem juntos depois; em uma colisão elástica a energia cinética também se conserva.
  4. Iguale a quantidade de movimento antes à quantidade de movimento depois e resolva.

Rotação de corpo rígido

Momentos de inércia em relação a G
barra mL²/12, disco ½mR², anel mR², esfera maciça (2/5)mR², esfera oca (2/3)mR²
Teorema dos eixos paralelos
I = IG + m·d²
Raio de giração
I = m·k²
Barra em relação à extremidade
I = mL²/3
Equação do movimento
ΣM = I·α
Velocidade em rad/s
ω = 2π·n/60
Energia cinética
E = ½·I·ω²
Trabalho e potência
W = T·θ, P = T·ω
Rolamento sem deslizamento
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
Quantidade de movimento angular
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
Impacto em torno de um pivô
m·v·d = I·ω

Método

  1. Escolha o eixo: um pivô fixo, ou o centro de massa para corpos que rolam.
  2. Encontre o momento de inércia em relação a esse eixo a partir dos resultados usuais, usando I = IG + m·d² para um eixo deslocado.
  3. Escolha o método: ΣM = I·α para acelerações e forças, energia (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h) para velocidades, quantidade de movimento angular para impactos e mudanças bruscas.
  4. Relacione o movimento linear e o angular com v = ω·r e a = α·r, e converta rpm em rad/s.

Engrenagens e trens de engrenagens

Engrenagens acopladas
n1·N1 = n2·N2
Torque
T2 = T1·(N2/N1)·η
Potência
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Trem composto
relação total = produto das relações de cada estágio

Molas e pêndulos

Massa em uma mola
T = 2π·√(m/k)
Pêndulo
T = 2π·√(L/g)
Frequência angular
ω = √(k/m) = 2π/T
Velocidade e aceleração máximas
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Energia
E = ½·k·A²

Vibrações mecânicas

Frequência natural
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
A partir da deflexão estática
ωn = √(g/δst)
Amortecimento crítico
cc = 2√(km) = 2mωn
Fator de amortecimento
ζ = c/cc
Frequência amortecida
ωd = ωn√(1 − ζ²)
Decremento logarítmico
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
Molas em paralelo
k = k1 + k2
Molas em série
1/k = 1/k1 + 1/k2

2Exercícios

1.CinemáticaMédia
t (s)v (m/s)t = ?15

Um carro a 54 km/h freia com desaceleração constante de 6,5 m/s² até parar. Quanto tempo dura a frenagem? Calcule t.

v₀ = 54 km/ha = −6,5 m/s²v = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
t (s)v (m/s)7 s

Um bonde parte do repouso e acelera a 2,5 m/s² durante 7 s, depois anda com velocidade constante durante 14 s e por fim freia a 3,5 m/s² até parar. Encontre o tempo total de percurso t.

a1 = 2,5 m/s²t1 = 7 st2 = 14 sa3 = −3,5 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
θ = 45°a = ?m = 2 kg

Um bloco de 2 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 45° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 2 kgθ = 45°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 4,5 kg3 kgθ = 20°

Um bloco de 4,5 kg em uma rampa a 20° está ligado por um fio leve, passando por uma polia sem atrito no topo da rampa, a uma massa pendurada de 3 kg. A massa pendurada desce. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a rampa é 0,25. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 4,5 kgm2 = 3 kgθ = 20°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 12 m/s65°alcance

Uma bola é lançada a 65° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 12 m/sθ = 65°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
7 mv0​ = 28 m/s30°x = ?

Uma bola é lançada do nível do chão a 28 m/s e 30° acima da horizontal. Ela cai no telhado plano de um prédio de 7 m de altura, já descendo. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a distância horizontal x do ponto de lançamento até onde ela cai.

v₀ = 28 m/sθ = 30°hroof = 7 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 125 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 125 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,6. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 125 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
θ = 12°para o centrovmax​ = ?

Uma curva de raio 150 m tem sobrelevação de 12°, e o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a estrada é 0,4. Use g = 9,81 m/s². Encontre a maior velocidade vmax com que um carro pode fazer a curva sem deslizar para cima e para fora.

r = 150 mθ = 12°μs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
0,05 kgk = 2000 N/mh = ?

Um lançador de brinquedo tem uma mola vertical de rigidez 2000 N/m. Uma bola de 0,05 kg é colocada sobre ela e a mola é comprimida 10 cm e depois solta. Desprezando a resistência do ar e a massa da mola, encontre a altura h que a bola sobe, medida a partir da sua posição com a mola comprimida.

m = 0,05 kgk = 2000 N/mx = 10 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 1 mL = 1 mμ = 0,3k = 1500 N/m

Um bloco de 5 kg é solto do repouso na altura 1 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 1 m (μ = 0,3) e depois encontra uma mola (k = 1500 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 5 kgh = 1 mL = 1 mμ = 0,3k = 1500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
2 kg41 m/s2 kgv′2​ = ?

Um projétil de 4 kg que se move horizontalmente a 30 m/s explode em dois fragmentos que se movem ao longo da mesma reta. O fragmento de 2 kg continua para a frente a 41 m/s. Encontre a velocidade v′2 do fragmento de 2 kg (positiva no sentido original).

M = 4 kgu = 30 m/sm1 = 2 kgv′1 = 41 m/sm2 = 2 kg
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1700 kg20 m/s1000 kg11 m/sθ = ?

Em um cruzamento, um carro de 1700 kg que vai para leste a 20 m/s colide com um carro de 1000 kg que vai para norte a 11 m/s. Os carros ficam presos um ao outro. Encontre a direção θ dos destroços logo após a colisão, medida a partir do leste em direção ao norte.

m1 = 1700 kgv1 = 20 m/s (E)m2 = 1000 kgv2 = 11 m/s (N)
θ = °
13.Rotação de corpo rígidoMédia
L = 0,6 mm = 1 kgα

Uma barra esbelta uniforme de massa 1 kg e comprimento 0,6 m está articulada em uma extremidade e mantida na horizontal. Ela é solta a partir do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre a sua aceleração angular α logo após ser solta.

m = 1 kgL = 0,6 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
2,5 m/sω

Um corpo (esfera maciça) de massa 12 kg rola sem deslizar a 2,5 m/s. Encontre sua energia cinética total Ek.

m = 12 kgv = 2,5 m/sI = (2/5)·m·r²
Ek = J
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​N2​ = ?

Dois eixos paralelos estão a 300 mm de distância. Eles devem ser ligados por um par de engrenagens de dentes retos com módulo de 5 mm e redução de 3 : 1. Quantos dentes N2 a engrenagem deve ter?

a = 300 mmm = 5 mmi = 3
N2 =
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 200 mmd2​ = 315 mm960 rpmC = 1000 mmT1​ = 800 NT2​P = ?

Uma correia aberta liga uma polia motora de 200 mm a 960 rpm a uma polia de 315 mm; os centros estão a 1000 mm de distância. O coeficiente de atrito é 0,3 e a tração no lado tracionado não pode exceder 800 N. Encontre a maior potência P que a correia pode transmitir sem escorregar, em kW (ignore os efeitos centrífugos).

d1 = 200 mmn1 = 960 rpmd2 = 315 mmC = 1000 mmμ = 0,3T1 = 800 N
P = kW
17.Molas e pêndulosMédia
L = ?

Qual deve ser o comprimento de um pêndulo simples para ter período de 2,1 s? Use g = 9,81 m/s². Calcule L.

T = 2,1 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Molas e pêndulosDifícil
1,2 kgk = 70 N/mA = 18 cm

Uma massa de 1,2 kg presa a uma mola com k = 70 N/m é deslocada 18 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 1,2 kgk = 70 N/mA = 18 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
tx12 mm2 ciclos2,6 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 12 mm é seguido, 2 ciclos depois, por um pico de 2,6 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 12 mmx2 = 2,6 mmn = 2
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 80k2​ = 30m = 10 kg

Uma massa de 10 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 80 kN/m e k₂ = 30 kN/m. A massa permanece nivelada. Despreze o amortecimento e as massas das molas. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.

m = 10 kgk1 = 80 kN/mk2 = 30 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: t = 2,308 s

Movimento com aceleração constante: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² e v² = v₀² + 2·a·s. Escolha a equação que contém as três grandezas que você conhece e a que você procura, e mantenha os sinais coerentes com um único sentido positivo.

Unidades

v₀ = 54/3,6 = 15 m/s

Tempo de frenagem

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 15/6,5 = 2,308 s

Resposta

t = 2,308 s
2.Cinemática

Resposta: t = 26 s

Movimento com aceleração constante: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² e v² = v₀² + 2·a·s. Escolha a equação que contém as três grandezas que você conhece e a que você procura, e mantenha os sinais coerentes com um único sentido positivo.

Velocidade máxima

v = a1·t1 = 2,5·7 = 17,5 m/s

Tempo de frenagem

t3 = v/a3 = 17,5/3,5 = 5 s

Tempo total

t = 7 + 14 + 5 = 26 s

Resposta

t = 26 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 4,856 m/s²

Segunda lei de Newton: a força resultante sobre um corpo é igual à sua massa vezes sua aceleração, ΣF = m·a. Desenhe um diagrama de corpo livre, escolha um sentido positivo ao longo do movimento e some todas as forças nesse sentido: forças aplicadas, o atrito μ·N contrário ao movimento e as componentes da gravidade.

Forças ao longo do plano

Para baixo ao longo do plano é positivo.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Aceleração

a = 9,81·(sin 45° − 0,3·cos 45°) = 9,81·(0,7071 − 0,2121) = 4,856 m/s²

Resposta

a = 4,856 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: a = 0,5281 m/s²

Segunda lei de Newton: a força resultante sobre um corpo é igual à sua massa vezes sua aceleração, ΣF = m·a. Desenhe um diagrama de corpo livre, escolha um sentido positivo ao longo do movimento e some todas as forças nesse sentido: forças aplicadas, o atrito μ·N contrário ao movimento e as componentes da gravidade.

Forças ao longo do fio

m₂·g = 29,43 N
m₁·g·sin θ = 15,1 N
μ·m₁·g·cos θ = 10,37 N

Aceleração do sistema

a = (29,43 − 15,1 − 10,37)/7,5 = 0,5281 m/s²

Resposta

a = 0,5281 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 2,217 s

Movimento de projéteis: sem resistência do ar, x = vxt e y = h + vyt − ½gt². As duas direções são independentes, exceto por compartilharem o mesmo tempo.

Decomponha a velocidade de lançamento

A velocidade horizontal é constante; o movimento vertical tem aceleração constante g = 9,81 m/s² para baixo.

vx = v0·cos θ = 12·cos 65° = 5,071 m/s
vy = v0·sin θ = 12·sin 65° = 10,88 m/s

Tempo no ar

Partindo e chegando na mesma altura: t = 2vy/g.

t = 2·10,88/9,81 = 2,217 s

Resposta

t = 2,217 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 53,54 m

Movimento de projéteis: sem resistência do ar, x = vxt e y = h + vyt − ½gt². As duas direções são independentes, exceto por compartilharem o mesmo tempo.

Decomponha a velocidade de lançamento

vx = 24,25 m/s, vy = 14 m/s

Tempo até cair no telhado

Raiz maior: a bola está descendo.

7 = 14·t − 4,905·t²
t = (14 + √(14² − 2·9,81·7))/9,81 = 2,208 s

Distância horizontal

x = vx·t = 24,25·2,208 = 53,54 m

Resposta

x = 53,54 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 27,12 m/s

Movimento circular uniforme: um objeto que se move com velocidade v em um círculo de raio r acelera em direção ao centro com a = v²/r, então precisa de uma força resultante para dentro F = m·v²/r. Essa força é fornecida por algo real: atrito, tração, gravidade ou uma força normal.

O atrito fornece a força centrípeta

m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,6·9,81·125) = 27,12 m/s

Resposta

vmax = 27,12 m/s (97,65 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmax = 31,39 m/s

Movimento circular uniforme: um objeto que se move com velocidade v em um círculo de raio r acelera em direção ao centro com a = v²/r, então precisa de uma força resultante para dentro F = m·v²/r. Essa força é fornecida por algo real: atrito, tração, gravidade ou uma força normal.

Equilíbrios de forças

O atrito aponta para baixo na inclinação.

N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g

Velocidade

v = √(150·9,81·0,5992/0,895) = 31,39 m/s

Resposta

vmax = 31,39 m/s
(113 km/h)
9.Trabalho e energia

Resposta: h = 20,39 m

Princípio trabalho–energia: a variação da energia cinética é igual ao trabalho de todas as forças. Escrever gravidade e molas como energia potencial (mgh e ½kx²) transforma isso em um balanço: energia inicial = energia final + energia perdida por atrito (μN·d).

Energia da mola

x = 10 cm = 0,1 m
½kx² = ½·2000·0,1² = 10 J

Altura

m·g = 0,05·9,81 = 0,4905 N
h = ½kx²/(mg) = 10/0,4905 = 20,39 m

Resposta

h = 20,39 m
10.Trabalho e energia

Resposta: x = 21,4 cm

Princípio trabalho–energia: a variação da energia cinética é igual ao trabalho de todas as forças. Escrever gravidade e molas como energia potencial (mgh e ½kx²) transforma isso em um balanço: energia inicial = energia final + energia perdida por atrito (μN·d).

Energia restante depois da faixa áspera

A rampa é lisa, então só a faixa remove energia.

mgh − μmgL = 49,05·(1 − 0,3·1) = 34,34 J

Compressão máxima

½kx² = 34,34 → x = √(2·34,34/1500) = 0,214 m = 21,4 cm

Resposta

x = 21,4 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = 19 m/s

Conservação da quantidade de movimento: quando nenhuma força externa atua durante uma colisão, a quantidade de movimento total Σm·v antes é igual à total depois. As velocidades têm sentido, então escolha um sentido positivo e dê sinal negativo às velocidades no outro sentido. Em uma colisão elástica a energia cinética também se conserva; em uma perfeitamente inelástica os corpos ficam unidos.

Quantidade de movimento antes

p = M·u = 4·30 = 120 kg·m/s

Quantidade de movimento depois

120 = 2·41 + 2·v′2
v′2 = (120 − 82)/2 = 19 m/s

Resposta

v′2 = 19 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: θ = 17,93 °

Conservação da quantidade de movimento: quando nenhuma força externa atua durante uma colisão, a quantidade de movimento total Σm·v antes é igual à total depois. As velocidades têm sentido, então escolha um sentido positivo e dê sinal negativo às velocidades no outro sentido. Em uma colisão elástica a energia cinética também se conserva; em uma perfeitamente inelástica os corpos ficam unidos.

Componentes da quantidade de movimento

px = 1700·20 = 34000 kg·m/s
py = 1000·11 = 11000 kg·m/s

Direção

tan θ = py/px = 0,3235 → θ = 17,93°

Resposta

θ = 17,93°
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: α = 24,53 rad/s²

Rotação em torno de um eixo fixo: a soma dos momentos em relação ao eixo é igual a I·α (ΣM = I·α), assim como ΣF = m·a na translação. Na forma de energia, um torque T que gira um ângulo θ (em radianos) realiza o trabalho T·θ, que altera a energia cinética ½·I·ω²; a gravidade acrescenta ou retira m·g·Δh do centro de massa. A potência é P = T·ω.

Momentos em relação ao pino

No instante em que é solta, ω = 0, então não há aceleração centrípeta e o centro acelera diretamente para baixo.

m·g·L/2 = (m·L²/3)·α → α = 3g/(2L) = 3·9,81/(2·0,6) = 24,53 rad/s²

Resposta

α = 24,53 rad/s²
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: Ek = 52,5 J

Rolamento e quantidade de movimento angular: um corpo que rola sem deslizar tem v = ω·r, então sua energia cinética é ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). Em um plano inclinado isso dá a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). Quando nenhum momento externo atua em relação a um eixo, a quantidade de movimento angular em relação a esse eixo permanece constante, I₁·ω₁ = I₂·ω₂, mesmo que se perca energia cinética.

Partes de translação e de rotação

Etrans = ½·m·v² = ½·12·2,5² = 37,5 J
Erot = ½·I·ω² = ½·0,4·m·r²·(v/r)² = 0,4·37,5 = 15 J

Total

Ek = 37,5 + 15 = 52,5 J

Resposta

Ek = 52,5 J
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: N2 = 90

Geometria de engrenagens: o módulo m define o tamanho do dente. Uma engrenagem com N dentes tem diâmetro primitivo d = m·N, duas engrenagens acopladas têm o mesmo módulo, e a distância entre centros é a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. A velocidade tangencial no diâmetro primitivo é v = π·d·n/60, e a força tangencial no dente vem do torque: Ft = 2T/d.

Número total de dentes

N1 + N2 = 2a/m = 2·300/5 = 120

Divida pela relação

N1 = 120/(1 + 3) = 30
N2 = 3·30 = 90

Resposta

N2 = 90
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 4,799 kW

Transmissões por correia: sem escorregamento, as duas polias têm a mesma velocidade periférica v = π·d·n/60, de modo que n₁·d₁ = n₂·d₂ e a relação de velocidades é d₂/d₁. O escorregamento s torna a polia movida um pouco mais lenta: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). A potência transmitida é P = (T₁ − T₂)·v, com T₁ a tração no lado tracionado e T₂ no lado frouxo. O atrito limita a razão das trações: T₁/T₂ = eμθ, em que θ é o ângulo de abraçamento em radianos na polia menor; para uma correia aberta, θ = π − 2·asen((d₂ − d₁)/(2C)) com distância entre centros C.

Ângulo de abraçamento

θ = 3,027 rad

Tração do lado frouxo

eμθ = e0,908 = 2,479, T₂ = 800/2,479 = 322,7 N

Potência

P = (800 − 322,7)·10,05 = 4,799 kW

Resposta

P = 4,799 kW
17.Molas e pêndulos

Resposta: L = 1,096 m

Movimento harmônico simples: uma massa m presa a uma mola de constante elástica k oscila com frequência angular ω = √(k/m) e período T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Um pêndulo simples de comprimento L tem T = 2π·√(L/g). Com amplitude A, a maior velocidade é A·ω, a maior aceleração é A·ω² e a energia é ½·k·A².

Isole o comprimento

L = g·(T/2π)² = 9,81·(2,1/2π)² = 1,096 m

Resposta

L = 1,096 m
18.Molas e pêndulos

Resposta: amax = 10,5 m/s²

Movimento harmônico simples: uma massa m presa a uma mola de constante elástica k oscila com frequência angular ω = √(k/m) e período T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Um pêndulo simples de comprimento L tem T = 2π·√(L/g). Com amplitude A, a maior velocidade é A·ω, a maior aceleração é A·ω² e a energia é ½·k·A².

Frequência angular

ω = √(70/1,2) = 7,638 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,18·7,638² = 10,5 m/s²

Resposta

amax = 10,5 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,1208

Vibração livre de um sistema massa–mola: a frequência natural não amortecida é ωn = √(k/m) em rad/s, e fn = ωn/(2π) em Hz. Um amortecedor viscoso c dá o fator de amortecimento ζ = c/cc, com amortecimento crítico cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Um sistema subamortecido (ζ < 1) oscila em ωd = ωn·√(1 − ζ²). Molas em paralelo se somam, k = k₁ + k₂; molas em série se somam pelos inversos, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Decremento logarítmico

δ = (1/2)·ln(12/2,6) = 0,7647

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,7647/√(39,48 + 0,5848) = 0,1208

Resposta

ζ = 0,1208
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 16,69 Hz

Vibração livre de um sistema massa–mola: a frequência natural não amortecida é ωn = √(k/m) em rad/s, e fn = ωn/(2π) em Hz. Um amortecedor viscoso c dá o fator de amortecimento ζ = c/cc, com amortecimento crítico cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Um sistema subamortecido (ζ < 1) oscila em ωd = ωn·√(1 − ζ²). Molas em paralelo se somam, k = k₁ + k₂; molas em série se somam pelos inversos, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Rigidez equivalente

Molas lado a lado compartilham a deflexão e somam suas forças, então suas rigidezes simplesmente se somam: k = k1 + k2.

keq = 80 + 30 = 110 kN/m

Frequência natural

ωn = √(110000/10) = 104,9 rad/s
fn = 104,9/(2π) = 16,69 Hz

Resposta

fn = 16,69 Hz

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