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)6,944 s27,78

Um carro a 100 km/h freia com desaceleração constante de 4 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 100 km/ha = −4 m/s²v = 0
s = m
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 5 s e por fim freia a 3 m/s² até parar. Encontre a distância total s entre as duas paradas.

a1 = 2,5 m/s²t1 = 7 st2 = 5 sa3 = −3 m/s²
s = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 15°20 kgF = ?

Uma caixa de 20 kg é empurrada rampa acima, inclinada a 15° em relação à horizontal, com velocidade constante, por uma força paralela à rampa. O coeficiente de atrito cinético é 0,2. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força de empurrão F.

m = 20 kgθ = 15°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
F = N
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 10 kg5 kgμ = 0,3

Um bloco de 10 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 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 = 10 kgm2 = 5 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 12 m/s25°alcance

Uma bola é lançada a 25° 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 = 25°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 50 mv0​ = 31 m/s50°x = ?

Uma bola é lançada a 50° acima da horizontal do topo de um penhasco de 50 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 31 m/sθ = 50°h = 50 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 140 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 140 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 140 mμs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
θ = 25°para o centrovmin​ = ?

Uma curva de raio 250 m tem sobrelevação de 25°, e o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a estrada é 0,4. Use g = 9,81 m/s². Encontre a menor velocidade vmin com que um carro pode fazer a curva sem deslizar para baixo na inclinação.

r = 250 mθ = 25°μs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
45°d = 9 mμ = 0,2

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 45° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,2. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 9 m ao longo da rampa.

θ = 45°μ = 0,2d = 9 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 4 mL = 1,5 mμ = 0,25k = 1500 N/m

Um bloco de 5 kg é solto do repouso na altura 4 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 1,5 m (μ = 0,25) e depois encontra uma mola (k = 1500 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 5 kgh = 4 mL = 1,5 mμ = 0,25k = 1500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
5 kg4 m/s1 kg

Um carrinho de 5 kg a 4 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 1 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′2 do segundo carrinho após a colisão.

m1 = 5 kgm2 = 1 kgv1 = 4 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
14 m/s15 m/s

Uma bola de 0,3 kg atinge uma parede a 14 m/s e volta em linha reta a 15 m/s. O contato dura 40 ms. Calcule a força média Favg da parede sobre a bola.

m = 0,3 kgvin = 14 m/svout = 15 m/sΔt = 40 ms
Favg = N
13.Rotação de corpo rígidoMédia
3 kgaαM = 14,5 kgR = 0,25 m

Um bloco de 3 kg está pendurado em um cabo leve enrolado em uma polia, um disco maciço uniforme de massa 14,5 kg e raio 0,25 m que gira em um eixo horizontal sem atrito. O bloco é solto a partir do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre a tração T no cabo.

m = 3 kgM = 14,5 kgR = 0,25 mg = 9,81 m/s²
T = N
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
0,6 m0,15 mn1​ = 20 rpm

Uma pessoa está em uma plataforma giratória sem atrito e segura um haltere de 2,5 kg em cada mão, a 0,6 m do eixo. A pessoa e a plataforma sozinhas têm momento de inércia de 4,5 kg·m² em relação ao eixo. Elas giram a 20 rpm e então puxam os halteres para 0,15 m do eixo. Trate os halteres como massas pontuais. Encontre a nova velocidade n2 em rpm.

I0 = 4,5 kg·m²m = 2 × 2,5 kgr1 = 0,6 mr2 = 0,15 mn1 = 20 rpm
n2 = rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 200 mmd2​ = 300 mm960 rpmn2​ = ?

Uma polia de 200 mm a 960 rpm aciona uma polia de 300 mm por uma correia com 4 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 960 rpmd1 = 200 mmd2 = 300 mms = 4 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 80 mmd2​ = 500 mm2880 rpmC = 600 mmT1​ = 1500 NT2​P = ?

Uma correia aberta liga uma polia motora de 80 mm a 2880 rpm a uma polia de 500 mm; os centros estão a 600 mm de distância. O coeficiente de atrito é 0,3 e a tração no lado tracionado não pode exceder 1500 N. Encontre a maior potência P que a correia pode transmitir sem escorregar, em kW (ignore os efeitos centrífugos).

d1 = 80 mmn1 = 2880 rpmd2 = 500 mmC = 600 mmμ = 0,3T1 = 1500 N
P = kW
17.Molas e pêndulosMédia
L = 0,8 mT = 1,68 s

Um astronauta em outro planeta verifica que um pêndulo simples de 0,8 m tem período de 1,68 s para pequenas oscilações. Encontre a aceleração da gravidade g nesse planeta.

L = 0,8 mT = 1,68 s
g = m/s²
18.Molas e pêndulosDifícil
1 kgk = 190 N/mA = 3 cm

Uma massa de 1 kg presa a uma mola com k = 190 N/m é deslocada 3 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 1 kgk = 190 N/mA = 3 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 150 kN/mζ = 0,6m = 20 kg

Uma massa de 20 kg sobre uma mola com rigidez de 150 kN/m tem um amortecedor viscoso que dá um fator de amortecimento de 0,6. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.

m = 20 kgk = 150 kN/mζ = 0,6
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 50k2​ = 100m = 5 kg

Uma massa de 5 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 50 kN/m e k₂ = 100 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 5 kgk1 = 50 kN/mk2 = 100 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 96,45 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.

Unidades

v₀ = 100/3,6 = 27,78 m/s

Distância de frenagem

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·4) = 96,45 m

Resposta

s = 96,45 m
2.Cinemática

Resposta: s = 199,8 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.

Velocidade máxima

v = a1·t1 = 2,5·7 = 17,5 m/s

Distância de cada fase

s1 = ½·2,5·7² = 61,25 m
s2 = 17,5·5 = 87,5 m
s3 = 17,5²/(2·3) = 51,04 m

Distância total

s = 61,25 + 87,5 + 51,04 = 199,8 m

Resposta

s = 199,8 m
3.Leis de Newton

Resposta: F = 88,68 N

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

Velocidade constante: as forças se equilibram.

F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ

Força de empurrão

F = 50,78 + 37,9 = 88,68 N

Resposta

F = 88,68 N
4.Leis de Newton

Resposta: a = 1,308 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) = (49,05 − 29,43)/15 = 1,308 m/s²

Resposta

a = 1,308 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 1,034 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 25° = 10,88 m/s
vy = v0·sin θ = 12·sin 25° = 5,071 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·5,071/9,81 = 1,034 s

Resposta

t = 1,034 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 128,1 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

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

vx = v0·cos θ = 31·cos 50° = 19,93 m/s
vy = v0·sin θ = 31·sin 50° = 23,75 m/s

Tempo no ar

Resolva y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 para a raiz positiva.

0 = 50 + 23,75·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (23,75 + √(563,9 + 981))/9,81 = 6,427 s

Distância horizontal

x = vx·t = 19,93·6,427 = 128,1 m

Resposta

x = 128,1 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 20,3 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) = √(0,3·9,81·140) = 20,3 m/s

Resposta

vmax = 20,3 m/s (73,07 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmin = 11,71 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 cima na inclinação.

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

Velocidade

v = √(250·9,81·0,0601/1,075) = 11,71 m/s

Resposta

vmin = 11,71 m/s
(42,15 km/h)
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 9,994 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 = √(2·9,81·9·(0,7071 − 0,2·0,7071)) = 9,994 m/s

Resposta

v = 9,994 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: x = 48,69 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·(4 − 0,25·1,5) = 177,8 J

Compressão máxima

½kx² = 177,8 → x = √(2·177,8/1500) = 0,4869 m = 48,69 cm

Resposta

x = 48,69 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = 6,667 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.

Colisão elástica com alvo em repouso

Resolver juntas a conservação da quantidade de movimento e da energia dá estes dois resultados.

v′1 = (5 − 1)/(5 + 1)·4 = 2,667 m/s
v′2 = 2·5/(5 + 1)·4 = 6,667 m/s

Resposta

v′2 = 6,667 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: Favg = 217,5 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 = 0,3·(15 + 14) = 8,7 N·s

Força média

Favg = J/Δt = 8,7/0,04 = 217,5 N

Resposta

Favg = 217,5 N
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: T = 20,82 N

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.

Bloco e polia

bloco: m·g − T = m·a
polia: T·R = I·α = ½·M·R²·(a/R) → T = ½·M·a

Aceleração

a = m·g/(m + M/2) = 3·9,81/(3 + 7,25) = 2,871 m/s²

Tração

T = m·(g − a) = 3·(9,81 − 2,871) = 20,82 N

Resposta

T = 20,82 N
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: n2 = 27,32 rpm

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.

Momentos de inércia

I1 = 4,5 + 2·2,5·0,6² = 6,3 kg·m²
I2 = 4,5 + 2·2,5·0,15² = 4,612 kg·m²

Conservação da quantidade de movimento angular

n2 = n1·I1/I2 = 20·6,3/4,612 = 27,32 rpm

Resposta

n2 = 27,32 rpm

A energia cinética aumenta: a energia extra vem do trabalho que a pessoa realiza ao puxar os halteres.

15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 614,4 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

960·200/300 = 640 rpm

Com escorregamento

n2 = 640·0,96 = 614,4 rpm

Resposta

n2 = 614,4 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 9,357 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 = 2,426 rad

Tração do lado frouxo

eμθ = e0,7279 = 2,071, T₂ = 1500/2,071 = 724,4 N

Potência

P = (1500 − 724,4)·12,06 = 9,357 kW

Resposta

P = 9,357 kW
17.Molas e pêndulos

Resposta: g = 11,19 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.

Resolver para g

g = 4π²·L/T² = 4π²·0,8/1,68² = 11,19 m/s²

Resposta

g = 11,19 m/s²
18.Molas e pêndulos

Resposta: amax = 5,7 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 = √(190/1) = 13,78 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,03·13,78² = 5,7 m/s²

Resposta

amax = 5,7 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: fd = 11,03 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.

Frequência natural não amortecida

ωn = √(150000/20) = 86,6 rad/s
fn = 86,6/(2π) = 13,78 Hz

Frequência natural amortecida

fd = fn·√(1 − ζ²) = 13,78·√(1 − 0,6²) = 11,03 Hz

Resposta

fd = 11,03 Hz
20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 150 kN/m

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 = 50 + 100 = 150 kN/m

Resposta

keq = 150 kN/m

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