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
políciaa = 5 m/s²carro28 m/s

Um carro em alta velocidade, a 28 m/s constantes, passa por uma viatura policial parada. Nesse instante a viatura parte e acelera uniformemente a 5 m/s². Quanto tempo a viatura leva para alcançar o carro? Encontre t.

vcar = 28 m/sapolice = 5 m/s²v0,police = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
AB: 30 m/s60 m

A bola A é solta do repouso de uma altura de 60 m. No mesmo instante a bola B é lançada verticalmente para cima a partir do chão, logo abaixo, a 30 m/s. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². A que altura y acima do chão elas se encontram?

H = 60 mv0B = 30 m/sg = 9,81 m/s²
y = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 30°a = ?m = 11 kg

Um bloco de 11 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 30° 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 = 11 kgθ = 30°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 7,5 kg4,5 kgμ = 0,3

Um bloco de 7,5 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 4,5 kg. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a mesa é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 7,5 kgm2 = 4,5 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 30 m/s70°alcance

Uma bola é lançada a 70° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 30 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
18 mv0​ = 39 m/s70°x = ?

Uma bola é lançada do nível do chão a 39 m/s e 70° acima da horizontal. Ela cai no telhado plano de um prédio de 18 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 = 39 m/sθ = 70°hroof = 18 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 135 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 135 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,4. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 135 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
θ = 30°para o centrovmax​ = ?

Uma curva de raio 40 m tem sobrelevação de 30°, e o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a estrada é 0,25. 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 = 40 mθ = 30°μs = 0,25g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
35°d = 15 mμ = 0,25

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 35° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 15 m ao longo da rampa.

θ = 35°μ = 0,25d = 15 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 4,5 mL = 5 mμ = 0,25k = 1000 N/m

Um bloco de 4 kg é solto do repouso na altura 4,5 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 5 m (μ = 0,25) e depois encontra uma mola (k = 1000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 4 kgh = 4,5 mL = 5 mμ = 0,25k = 1000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
1,5 kgv = ?10 gh = 11 cm

Um projétil de 10 g é disparado horizontalmente contra um bloco de madeira de 1,5 kg pendurado por fios leves e fica alojado nele. O bloco oscila para cima até ficar 11 cm mais alto que no início. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 10 gM = 1,5 kgh = 11 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
9 m/s18 m/s

Uma bola de 0,5 kg atinge uma parede a 9 m/s e volta em linha reta a 18 m/s. O contato dura 20 ms. Calcule a força média Favg da parede sobre a bola.

m = 0,5 kgvin = 9 m/svout = 18 m/sΔt = 20 ms
Favg = N
13.Rotação de corpo rígidoMédia
n = 2100 rpmT = 390 N·m

Um motor fornece um torque de 390 N·m a 2100 rpm. Encontre a sua potência de saída P em kW.

T = 390 N·mn = 2100 rpm
P = kW
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
120 m/s5 g0,56 mL = 1,4 m2 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 2 kg e comprimento 1,4 m pende em repouso de um pivô sem atrito na sua extremidade superior. Um projétil de 5 g que se move horizontalmente a 120 m/s atinge a barra 0,56 m abaixo do pivô e fica cravado nela. Encontre a velocidade angular ω da barra logo após o impacto.

M = 2 kgL = 1,4 mm = 5 gv = 120 m/sd = 0,56 m
ω = rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 125 mmd2​ = 200 mm720 rpmn2​ = ?

Uma polia de 125 mm a 720 rpm aciona uma polia de 200 mm por uma correia com 4 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 720 rpmd1 = 125 mmd2 = 200 mms = 4 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 25B = 80C = 48D = 50

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (25 dentes), no eixo de entrada girando a 1500 rpm, aciona a engrenagem B (80 dentes). A engrenagem C (48 dentes) está fixada no mesmo eixo que B e aciona a engrenagem D (50 dentes) no eixo de saída. Calcule a rotação de saída nout.

nin = 1500 rpmA = 25B = 80C = 48D = 50
nout = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
1,3 kgk = 50 N/mA = 17 cmx = 5 cm

Uma massa de 1,3 kg presa a uma mola com k = 50 N/m oscila sobre uma superfície sem atrito com amplitude de 17 cm. Encontre sua velocidade v quando ela está a 5 cm do equilíbrio.

m = 1,3 kgk = 50 N/mA = 17 cmx = 5 cm
v = m/s
18.Molas e pêndulosDifícil
2,9 kgk = 230 N/mA = 9 cm

Uma massa de 2,9 kg presa a uma mola com k = 230 N/m é deslocada 9 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 2,9 kgk = 230 N/mA = 9 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
tx12 mm4 ciclos1,6 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 12 mm é seguido, 4 ciclos depois, por um pico de 1,6 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 12 mmx4 = 1,6 mmn = 4
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 15k2​ = 60m = 100 kg

Uma massa de 100 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 15 kN/m e k₂ = 60 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 = 100 kgk1 = 15 kN/mk2 = 60 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: t = 11,2 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.

Distâncias iguais

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·28/5 = 11,2 s

Resposta

t = 11,2 s

Nesse momento a viatura se move a 2v = 56 m/s.

2.Cinemática

Resposta: y = 40,38 m

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.

Instante do encontro

Para cima é positivo, o chão é y = 0.

60 − ½g·t² = 30·t − ½g·t² → t = 60/30 = 2 s

Altura do encontro

y = 30·2 − ½·9,81·2² = 40,38 m

Resposta

y = 40,38 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 2,356 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 30° − 0,3·cos 30°) = 9,81·(0,5 − 0,2598) = 2,356 m/s²

Resposta

a = 2,356 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: a = 1,839 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.

Aceleração do sistema

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (44,15 − 22,07)/12 = 1,839 m/s²

Resposta

a = 1,839 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 5,747 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 = 30·cos 70° = 10,26 m/s
vy = v0·sin θ = 30·sin 70° = 28,19 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·28,19/9,81 = 5,747 s

Resposta

t = 5,747 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 92,61 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 = 13,34 m/s, vy = 36,65 m/s

Tempo até cair no telhado

Raiz maior: a bola está descendo.

18 = 36,65·t − 4,905·t²
t = (36,65 + √(36,65² − 2·9,81·18))/9,81 = 6,943 s

Distância horizontal

x = vx·t = 13,34·6,943 = 92,61 m

Resposta

x = 92,61 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 23,02 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) = √(0,4·9,81·135) = 23,02 m/s

Resposta

vmax = 23,02 m/s (82,86 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmax = 19,48 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 = √(40·9,81·0,7165/0,741) = 19,48 m/s

Resposta

vmax = 19,48 m/s
(70,12 km/h)
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 10,42 m/s

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).

Balanço de energia ao longo da rampa

O bloco desce uma altura d·sin θ enquanto o atrito remove μmg·cos θ·d. A massa se cancela.

½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·15·(0,5736 − 0,25·0,8192)) = 10,42 m/s

Resposta

v = 10,42 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: x = 50,5 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 = 39,24·(4,5 − 0,25·5) = 127,5 J

Compressão máxima

½kx² = 127,5 → x = √(2·127,5/1000) = 0,505 m = 50,5 cm

Resposta

x = 50,5 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 221,8 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.

Oscilação após o impacto

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,11) = 1,469 m/s

Colisão

m·v = (m + M)·V → v = (0,01 + 1,5)·1,469/0,01 = 221,8 m/s

Resposta

v = 221,8 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: Favg = 675 N

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.

Variação da quantidade de movimento

J = m·Δv = 0,5·(18 + 9) = 13,5 N·s

Força média

Favg = J/Δt = 13,5/0,02 = 675 N

Resposta

Favg = 675 N
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: P = 85,77 kW

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.

Velocidade angular

ω = 2π·2100/60 = 219,9 rad/s

Potência

P = T·ω = 390·219,9 = 85765 W = 85,77 kW

Resposta

P = 85,77 kW
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 0,2568 rad/s

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.

Momento de inércia após o impacto

I = M·L²/3 + m·d² = 2·1,4²/3 + 0,005·0,56² = 1,308 kg·m²

Quantidade de movimento angular em relação ao pivô

A força do pivô passa pelo pivô, então não tem momento ali durante o impacto.

m·v·d = I·ω → ω = 0,005·120·0,56/1,308 = 0,2568 rad/s

Resposta

ω = 0,2568 rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 432 rpm

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.

Velocidade sem escorregamento

720·125/200 = 450 rpm

Com escorregamento

n2 = 450·0,96 = 432 rpm

Resposta

n2 = 432 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: nout = 450 rpm

Trens de engrenagens: engrenagens acopladas têm a mesma velocidade nos dentes, então n₁·N₁ = n₂·N₂: a engrenagem com menos dentes gira mais rápido. Engrenagens no mesmo eixo giram com a mesma rotação. A potência é transmitida (menos as perdas), então o torque aumenta quando a rotação diminui: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, e P = T·ω com ω = 2π·n/60.

Primeiro estágio

nB = 1500·25/80 = 468,8 rpm = nC

Segundo estágio

nout = 468,8·48/50 = 450 rpm

Resposta

nout = 450 rpm

relação total = 3,333 : 1

17.Molas e pêndulos

Resposta: v = 1,008 m/s

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 = √(50/1,3) = 6,202 rad/s

Velocidade em x

v = ω·√(A² − x²) = 6,202·√(0,17² − 0,05²) = 1,008 m/s

Resposta

v = 1,008 m/s
18.Molas e pêndulos

Resposta: amax = 7,138 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 = √(230/2,9) = 8,906 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,09·8,906² = 7,138 m/s²

Resposta

amax = 7,138 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,07991

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 = (1/4)·ln(12/1,6) = 0,5037

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,5037/√(39,48 + 0,2537) = 0,07991

Resposta

ζ = 0,07991
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 4,359 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 = 15 + 60 = 75 kN/m

Frequência natural

ωn = √(75000/100) = 27,39 rad/s
fn = 27,39/(2π) = 4,359 Hz

Resposta

fn = 4,359 Hz

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