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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
Liste o que você sabe: v₀, v, a, t e s, com unidades.
Escolha a equação que contém suas três grandezas conhecidas e a incógnita.
Escolha um sentido positivo e dê sinal negativo às grandezas no sentido oposto.
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
Desenhe um diagrama de corpo livre com todas as forças sobre o corpo.
Escolha um sentido positivo ao longo do movimento.
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).
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
Decomponha a velocidade de lançamento em componentes: vx = v₀·cos θ e vy = v₀·sin θ.
O movimento horizontal tem velocidade constante; o movimento vertical tem aceleração −g.
Encontre o tempo de voo a partir do movimento vertical.
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
Escolha um sentido positivo e dê a cada velocidade o seu sinal.
Escreva a quantidade de movimento total antes: Σm·v.
Em uma colisão perfeitamente inelástica os corpos se movem juntos depois; em uma colisão elástica a energia cinética também se conserva.
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
Escolha o eixo: um pivô fixo, ou o centro de massa para corpos que rolam.
Encontre o momento de inércia em relação a esse eixo a partir dos resultados usuais, usando I = IG + m·d² para um eixo deslocado.
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.
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
Um carro a 36 km/h freia com desaceleração constante de 7 m/s² até parar. Quanto tempo dura a frenagem? Calcule t.
v₀ = 36 km/ha = −7 m/s²v = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
Uma bola é lançada verticalmente para cima a 14 m/s da beira de um telhado a 30 m do chão. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Calcule a altura máxima hmax em relação ao chão.
v₀ = 14 m/sh₀ = 30 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
Uma caixa de 5 kg é empurrada rampa acima, inclinada a 35° em relação à horizontal, com velocidade constante, por uma força paralela à rampa. O coeficiente de atrito cinético é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força de empurrão F.
m = 5 kgθ = 35°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
F = N
4.Leis de NewtonDifícil
Dois blocos sobre um piso horizontal estão ligados por um fio horizontal leve. Uma força horizontal de 55 N puxa o bloco da frente, de 6 kg; o bloco de 3 kg é rebocado atrás. O coeficiente de atrito cinético é 0,1 para os dois blocos. Use g = 9,81 m/s². Encontre a tração T no fio de ligação.
m1 = 3 kgm2 = 6 kgF = 55 Nμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
Uma bola é lançada a 70° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre a altura máxima H que a bola alcança.
v0 = 20 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Movimento de projéteisDifícil
Uma bola é lançada a 40° acima da horizontal do topo de um penhasco de 25 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.
v0 = 33 m/sθ = 40°h = 25 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
Um carro faz uma curva plana de raio 150 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,7. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.
r = 150 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
Um pequeno carrinho é solto do repouso em um trilho sem atrito e entra em um loop vertical de raio 0,5 m. De que altura mínima hmin acima da base do loop ele deve partir para permanecer no trilho no topo do loop?
R = 0,5 mv₀ = 0
hmin = m
9.Trabalho e energiaMédia
Um carro a 60 km/h em uma estrada plana freia bruscamente e derrapa até parar com as rodas travadas. O coeficiente de atrito cinético entre os pneus e a estrada é 0,8. Encontre a distância de frenagem d.
v = 60 km/hμ = 0,8g = 9,81 m/s²
d = m
10.Trabalho e energiaDifícil
Um bloco de 5 kg é solto do repouso na altura 3,5 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 2 m (μ = 0,2) e depois encontra uma mola (k = 4000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a velocidade v do bloco quando chega à mola.
m = 5 kgh = 3,5 mL = 2 mμ = 0,2k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
Um projétil de 20 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 14 cm mais alto que no início. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.
m = 20 gM = 1,5 kgh = 14 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
Uma bola de 0,1 kg atinge uma parede a 23 m/s e volta em linha reta a 10 m/s. O contato dura 10 ms. Calcule o módulo do impulso J que a parede aplica à bola.
m = 0,1 kgvin = 23 m/svout = 10 m/sΔt = 10 ms
J = N·s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
Uma barra esbelta uniforme de massa 19,5 kg e comprimento 2,4 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 = 19,5 kgL = 2,4 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
Um corpo (cilindro maciço) parte do repouso e rola sem deslizar por um plano inclinado de 30° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Seu raio é 0,25 m. Encontre sua velocidade angular ω depois de rolar 8 m ao longo do plano.
θ = 30°s = 8 mI = ½·m·r²g = 9,81 m/s²r = 0,25 m
ω = rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
Uma correia passa por uma polia motora de 80 mm a 1440 rpm. A tração é de 1500 N no lado tracionado e de 300 N no lado frouxo. Encontre a potência P transmitida, em kW.
d1 = 80 mmn1 = 1440 rpmT1 = 1500 NT2 = 300 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (30 dentes), no eixo de entrada girando a 2900 rpm, aciona a engrenagem B (45 dentes). A engrenagem C (30 dentes) está fixada no mesmo eixo que B e aciona a engrenagem D (40 dentes) no eixo de saída. Calcule a rotação de saída nout.
nin = 2900 rpmA = 30B = 45C = 30D = 40
nout = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
Um pêndulo simples tem comprimento de 2,7 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.
L = 2,7 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
Um corpo oscila em movimento harmônico simples com período 0,7 s e amplitude 15 cm. Qual é o menor tempo t de que ele precisa para ir do equilíbrio até um deslocamento de 7,5 cm?
T = 0,7 sA = 15 cmx = 7,5 cm
t = s
19.Vibrações mecânicasMédia
Uma massa de 10 kg sobre uma mola com rigidez de 5 kN/m tem um amortecedor viscoso que dá um fator de amortecimento de 0,7. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.
m = 10 kgk = 5 kN/mζ = 0,7
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
Uma massa de 25 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 50 kN/m e k₂ = 40 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 = 25 kgk1 = 50 kN/mk2 = 40 kN/m
fn = Hz
3Soluções
1.Cinemática
Resposta: t = 1,429 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 = 10/7 = 1,429 s
Resposta
t = 1,429 s
2.Cinemática
Resposta: hmax = 39,99 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.
Subida acima do telhado
0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 14²/(2·9,81) = 9,99 m
Altura em relação ao chão
hmax = 30 + 9,99 = 39,99 m
Resposta
hmax = 39,99 m
3.Leis de Newton
Resposta: F = 40,19 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 = 28,13 + 12,05 = 40,19 N
Resposta
F = 40,19 N
4.Leis de Newton
Resposta: T = 18,33 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.
Com o mesmo μ nos dois blocos, o atrito sai da conta: T = F·m₁/(m₁ + m₂).
5.Movimento de projéteis
Resposta: H = 18 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 = 20·cos 70° = 6,84 m/s
vy = v0·sin θ = 20·sin 70° = 18,79 m/s
Ponto mais alto
No topo a velocidade vertical é zero: vy² = 2gH.
H = vy²/(2g) = 18,79²/(2·9,81) = 18 m
Resposta
H = 18 m
6.Movimento de projéteis
Resposta: x = 133,7 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 = 33·cos 40° = 25,28 m/s
vy = v0·sin θ = 33·sin 40° = 21,21 m/s
Tempo no ar
Resolva y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 para a raiz positiva.
0 = 25 + 21,21·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (21,21 + √(449,9 + 490,5))/9,81 = 5,288 s
Distância horizontal
x = vx·t = 25,28·5,288 = 133,7 m
Resposta
x = 133,7 m
7.Movimento circular
Resposta: vmax = 32,09 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) = √(0,7·9,81·150) = 32,09 m/s
Resposta
vmax = 32,09 m/s (115,5 km/h)
8.Movimento circular
Resposta: hmin = 1,25 m
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.
Condição no topo
m·g = m·v²/R → v² = g·R
Conservação da energia
g·h = g·2R + ½·g·R → h = 2,5·R = 2,5·0,5 = 1,25 m
Resposta
hmin = 1,25 m
9.Trabalho e energia
Resposta: d = 17,7 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).
Velocidade em unidades básicas
v = 60/3,6 = 16,67 m/s
Balanço de energia
½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 16,67²/(2·0,8·9,81) = 17,7 m
Resposta
d = 17,7 m
Dobrar a velocidade torna a distância de frenagem quatro vezes maior.
10.Trabalho e energia
Resposta: v = 7,799 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).
Energia restante depois da faixa áspera
A rampa é lisa, então só a faixa remove energia.
mgh − μmgL = 49,05·(3,5 − 0,2·2) = 152,1 J
Velocidade na mola
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·3,1) = 7,799 m/s
Resposta
v = 7,799 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: v = 126 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) = √(2·9,81·0,14) = 1,657 m/s
Colisão
m·v = (m + M)·V → v = (0,02 + 1,5)·1,657/0,02 = 126 m/s
Resposta
v = 126 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: J = 3,3 N·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.
Variação da quantidade de movimento
J = m·Δv = 0,1·(10 + 23) = 3,3 N·s
Resposta
J = 3,3 N·s
13.Rotação de corpo rígido
Resposta: α = 6,131 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.
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.
Altura da queda
h = s·sin θ = 8·sin 30° = 4 m
Balanço de energia com rolamento
Rolamento sem deslizamento: ω = v/r, e o atrito não realiza trabalho no ponto de contato.
m·g·h = ½·m·v²·(1 + 0,5)
v = √(2·9,81·4/1,5) = 7,233 m/s
ω = v/r = 7,233/0,25 = 28,93 rad/s
Resposta
ω = 28,93 rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: P = 7,238 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.
Velocidade da correia
v = 6,032 m/s
Potência
P = (1500 − 300)·6,032 = 7238 W = 7,238 kW
Resposta
P = 7,238 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: nout = 1450 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 = 2900·30/45 = 1933 rpm = nC
Segundo estágio
nout = 1933·30/40 = 1450 rpm
Resposta
nout = 1450 rpm
relação total = 2 : 1
17.Molas e pêndulos
Resposta: T = 3,296 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·√(2,7/9,81) = 3,296 s
Resposta
T = 3,296 s
18.Molas e pêndulos
Resposta: t = 0,05833 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 = 2π/T = 2π/0,7 = 8,976 rad/s
Resolva para o tempo
0,5 = sin(ω·t) → ω·t = arcsin(0,5) = 0,5236 rad
t = 0,5236/8,976 = 0,05833 s
Resposta
t = 0,05833 s
19.Vibrações mecânicas
Resposta: fd = 2,542 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 = √(5000/10) = 22,36 rad/s
fn = 22,36/(2π) = 3,559 Hz
Frequência natural amortecida
fd = fn·√(1 − ζ²) = 3,559·√(1 − 0,7²) = 2,542 Hz
Resposta
fd = 2,542 Hz
20.Vibrações mecânicas
Resposta: fn = 9,549 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.