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 = ?10

Um carro a 36 km/h freia com desaceleração constante de 8 m/s² até parar. Quanto tempo dura a frenagem? Calcule t.

v₀ = 36 km/ha = −8 m/s²v = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
a = 40 m/s²

Um foguete-modelo é lançado verticalmente para cima a partir do repouso. Seu motor lhe dá uma aceleração constante para cima de 40 m/s² durante 1 s, depois disso o motor desliga e o foguete se move livremente. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a altura máxima hmax que o foguete atinge.

a = 40 m/s²t1 = 1 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 20°a = ?m = 19 kg

Um bloco de 19 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 20° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 19 kgθ = 20°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
θ = 35°blocov₀ = 4 m/s

Um bloco recebe um empurrão e começa a subir uma rampa a 35° com velocidade de 4 m/s. O coeficiente de atrito cinético é 0,2. Use g = 9,81 m/s². Que distância d ao longo da rampa ele desliza antes de parar?

v₀ = 4 m/sθ = 35°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
d = m
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 10 m/s35°alcance

Uma bola é lançada a 35° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 10 m/sθ = 35°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 60 mv0​ = 30 m/s15°x = ?

Uma bola é lançada a 15° acima da horizontal do topo de um penhasco de 60 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 30 m/sθ = 15°h = 60 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 80 mvmax​ = ?

Um carro passa pelo topo de uma lombada, que é um arco de circunferência de raio 80 m. Use g = 9,81 m/s². Acima de que velocidade vmax as rodas perdem contato com a estrada no topo?

r = 80 mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
R = 5,5 mh = 25,85 m

Um carrinho de 3 kg é solto do repouso a uma altura de 25,85 m em um trilho sem atrito e passa por um loop vertical de raio 5,5 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força normal Ntop do trilho sobre o carrinho no topo do loop.

m = 3 kgh = 25,85 mR = 5,5 mg = 9,81 m/s²
Ntop = N
9.Trabalho e energiaMédia
15°d = 15 mμ = 0,15

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

θ = 15°μ = 0,15d = 15 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
k = 1000 N/m40°μ = 0,31 kg

Uma mola de rigidez 1000 N/m na base de uma rampa de 40° é comprimida 12 cm contra um bloco de 1 kg e solta. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a rampa é 0,3. Que distância d rampa acima o bloco percorre a partir do ponto de soltura antes de parar? (Despreze a curta distância em que a mola empurra, ou seja, considere o atrito e a gravidade ao longo de toda a distância d.)

m = 1 kgk = 1000 N/mx = 12 cmθ = 40°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
d = m
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
2 kg2 m/s3,5 kg

Um carrinho de 2 kg a 2 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 3,5 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′2 do segundo carrinho após a colisão.

m1 = 2 kgm2 = 3,5 kgv1 = 2 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1800 kgv1​ = ?1700 kg

Um carro de 1800 kg colide com um carro estacionado de 1700 kg. Os destroços ficam presos um ao outro e derrapam 5,5 m antes de parar. O coeficiente de atrito cinético entre os pneus e a estrada é 0,7. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v1 do primeiro carro logo antes da colisão.

m1 = 1800 kgm2 = 1700 kgd = 5,5 mμ = 0,7g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
ω = ?L = 1,8 mm = 3 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 3 kg e comprimento 1,8 m está articulada em uma extremidade e é solta do repouso na posição horizontal. Despreze o atrito e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade angular ω da barra ao passar pela posição vertical.

m = 3 kgL = 1,8 mg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
θ = 40°as = 7,5 m

Um corpo (esfera oca) rola sem deslizar por um plano inclinado de 40° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Ele parte do repouso. Quanto tempo t leva para rolar 7,5 m plano abaixo?

θ = 40°I = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²s = 7,5 m
t = s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 160 mmd2​ = 500 mm1440 rpmn2​ = ?

Uma polia de 160 mm a 1440 rpm aciona uma polia de 500 mm por uma correia com 2 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 1440 rpmd1 = 160 mmd2 = 500 mms = 2 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 18B = 30C = 16D = ?

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (18 dentes) no eixo de entrada gira a 960 rpm e aciona a engrenagem B (30 dentes). A engrenagem C (16 dentes) está fixada no mesmo eixo de B e aciona a engrenagem D no eixo de saída. A saída deve girar a 192 rpm. Quantos dentes ND a engrenagem D deve ter?

nin = 960 rpmA = 18B = 30C = 16nout = 192 rpm
ND =
17.Molas e pêndulosMédia
L = 1 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 1 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 1 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
0,5 kgk = 280 N/mA = 5 cm

Uma massa de 0,5 kg presa a uma mola com k = 280 N/m é deslocada 5 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua velocidade máxima vmax.

m = 0,5 kgk = 280 N/mA = 5 cm
vmax = m/s
19.Vibrações mecânicasMédia
tx40 mm1 ciclo29,2 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 40 mm é seguido, um ciclo depois, por um pico de 29,2 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 40 mmx1 = 29,2 mmn = 1
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 25k2​ = 5k3​ = 40m = 5 kg

Uma massa de 5 kg está pendurada na mola k₃ = 40 kN/m. O topo de k₃ está preso a uma barra rígida que está pendurada em duas molas lado a lado, k₁ = 25 kN/m e k₂ = 5 kN/m; a barra permanece nivelada. Despreze o amortecimento e as massas das molas e da barra. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.

m = 5 kgk1 = 25 kN/mk2 = 5 kN/mk3 = 40 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: t = 1,25 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 = 36/3,6 = 10 m/s

Tempo de frenagem

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 10/8 = 1,25 s

Resposta

t = 1,25 s
2.Cinemática

Resposta: hmax = 101,5 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.

Fase propulsada

v₁ = 40·1 = 40 m/s
h₁ = ½·40·1² = 20 m

Voo livre subindo

No topo a velocidade é zero.

Δh = v₁²/(2g) = 40²/(2·9,81) = 81,55 m
hmax = 20 + 81,55 = 101,5 m

Resposta

hmax = 101,5 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 2,433 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 20° − 0,1·cos 20°) = 9,81·(0,342 − 0,09397) = 2,433 m/s²

Resposta

a = 2,433 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: d = 1,106 m

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.

Desaceleração

As duas forças apontam rampa abaixo; a massa se cancela.

a = 9,81·(sin 35° + 0,2·cos 35°) = 7,234 m/s²

Distância

d = v₀²/(2a) = 4²/(2·7,234) = 1,106 m

Resposta

d = 1,106 m
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 1,169 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 = 10·cos 35° = 8,192 m/s
vy = v0·sin θ = 10·sin 35° = 5,736 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·5,736/9,81 = 1,169 s

Resposta

t = 1,169 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 126,8 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 = 30·cos 15° = 28,98 m/s
vy = v0·sin θ = 30·sin 15° = 7,765 m/s

Tempo no ar

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

0 = 60 + 7,765·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (7,765 + √(60,29 + 1177))/9,81 = 4,377 s

Distância horizontal

x = vx·t = 28,98·4,377 = 126,8 m

Resposta

x = 126,8 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 28,01 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.

Força normal nula

m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·80) = 28,01 m/s

Resposta

vmax = 28,01 m/s
(100,9 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: Ntop = 129,5 N

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.

Velocidade pela conservação da energia

v² = 2·9,81·(25,85 − 2·5,5) = 291,4 m²/s²

Forças

Em direção ao centro é positivo.

N = m·v²/R − m·g = 3·291,4/5,5 − 29,43 = 129,5 N

Resposta

Ntop = 129,5 N
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 5,79 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·(0,2588 − 0,15·0,9659)) = 5,79 m/s

Resposta

v = 5,79 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: d = 0,8411 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 = 12 cm = 0,12 m
½kx² = ½·1000·0,12² = 7,2 J

Balanço de energia ao longo da rampa

m·g = 1·9,81 = 9,81 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 7,2/(9,81·(0,6428 + 0,3·0,766)) = 0,8411 m

Resposta

d = 0,8411 m
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = 1,455 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 = (2 − 3,5)/(2 + 3,5)·2 = −0,5455 m/s
v′2 = 2·2/(2 + 3,5)·2 = 1,455 m/s

Resposta

v′2 = 1,455 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v1 = 16,9 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.

Velocidade após a colisão

V = √(2·μ·g·d) = √(2·0,7·9,81·5,5) = 8,691 m/s

Quantidade de movimento na colisão

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 3500·8,691/1800 = 16,9 m/s

Resposta

v1 = 16,9 m/s
(60,84 km/h)
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 4,044 rad/s

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.

Perda de energia potencial

m·g·L/2 = 3·9,81·0,9 = 26,49 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 = 3·1,8²/3 = 3,24 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 26,49 → ω = √(2·26,49/3,24) = 4,044 rad/s

Resposta

ω = 4,044 rad/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: t = 1,991 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.

Equações do movimento

m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0,6667·m·r²·(a/r) → f = 0,6667·m·a

Aceleração

a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 40°/1,667 = 3,783 m/s²

Tempo

s = ½·a·t² → t = √(2·7,5/3,783) = 1,991 s

Resposta

t = 1,991 s
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 451,6 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

1440·160/500 = 460,8 rpm

Com escorregamento

n2 = 460,8·0,98 = 451,6 rpm

Resposta

n2 = 451,6 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: ND = 48

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.

Rotação do eixo intermediário

nB = nC = 960·18/30 = 576 rpm

Dentes da engrenagem D

ND = C·nC/nout = 16·576/192 = 48

Resposta

ND = 48
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 2,006 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.

Período do pêndulo

T = 2π·√(1/9,81) = 2,006 s

Resposta

T = 2,006 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: vmax = 1,183 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 = √(280/0,5) = 23,66 rad/s

Velocidade máxima

vmax = A·ω = 0,05·23,66 = 1,183 m/s

Resposta

vmax = 1,183 m/s
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,05003

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 = (1/1)·ln(40/29,2) = 0,3147

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,3147/√(39,48 + 0,09904) = 0,05003

Resposta

ζ = 0,05003
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 9,319 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

Só k1 e k2 estão em paralelo. Esse par está em série com k3, então combine-os pelos inversos.

k12 = 25 + 5 = 30 kN/m
keq = 30·40/(30 + 40) = 17,14 kN/m

Frequência natural

ωn = √(17143/5) = 58,55 rad/s
fn = 58,55/(2π) = 9,319 Hz

Resposta

fn = 9,319 Hz

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