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)1,818 s10

Um carro a 36 km/h freia com desaceleração constante de 5,5 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 36 km/ha = −5,5 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
a = 22 m/s²

Um foguete-modelo é lançado verticalmente para cima a partir do repouso. Seu motor lhe dá uma aceleração constante para cima de 22 m/s² durante 1,5 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 = 22 m/s²t1 = 1,5 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 30°30 kgF = ?

Uma caixa de 30 kg é empurrada rampa acima, inclinada a 30° em relação à horizontal, com velocidade constante, por uma força paralela à rampa. O coeficiente de atrito cinético é 0,15. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força de empurrão F.

m = 30 kgθ = 30°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
F = N
4.Leis de NewtonDifícil
θ = 15°blocov₀ = 8 m/s

Um bloco recebe um empurrão e começa a subir uma rampa a 15° com velocidade de 8 m/s. O coeficiente de atrito cinético é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Que distância d ao longo da rampa ele desliza antes de parar?

v₀ = 8 m/sθ = 15°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
d = m
5.Movimento de projéteisMédia
69 my = ?v0​ = 30 m/s35°

Uma bola é chutada a partir do chão plano a 30 m/s e 35° acima da horizontal em direção a um muro a 69 m de distância. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². A que altura y a bola passa pelo muro?

v₀ = 30 m/sθ = 35°x = 69 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 5 mv0​ = 16 m/s35°alcance

Uma bola é lançada a 35° acima da horizontal do topo de um penhasco de 5 m. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 16 m/sθ = 35°h = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimento circularMédia
r = 95 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 95 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,5. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 95 mμs = 0,5g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 0,9 mv = 8,5 m/s

Uma bola de 1,7 kg presa a um fio de 0,9 m de comprimento gira em um círculo vertical. No ponto mais baixo, ela se move a 8,5 m/s. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio no ponto mais baixo.

m = 1,7 kgr = 0,9 mv = 8,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
100 km/h

Um carro a 100 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 0,7. Encontre a distância de frenagem d.

v = 100 km/hμ = 0,7g = 9,81 m/s²
d = m
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 4,5 mL = 1 mμ = 0,25k = 1500 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 1 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 = 4 kgh = 4,5 mL = 1 mμ = 0,25k = 1500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
4,5 kg6 m/s4 kg

Um carrinho de 4,5 kg a 6 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 4 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′1 do primeiro carrinho após a colisão (positiva no seu sentido original).

m1 = 4,5 kgm2 = 4 kgv1 = 6 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
4,5 kgv = ?15 g30°L = 1,3 m

Um projétil de 15 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 4,5 kg pendurado por fios leves de 1,3 m e fica alojado nele. Os fios oscilam até um ângulo máximo de 30° com a vertical. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 15 gM = 4,5 kgL = 1,3 mθ = 30°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
ω = ?L = 1,2 mm = 3 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 3 kg e comprimento 1,2 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 = 1,2 mg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
400 m/s20 g0,96 mL = 1,9 m7,5 kgφ

Uma barra esbelta uniforme de massa 7,5 kg e comprimento 1,9 m pende em repouso de um pivô sem atrito na sua extremidade superior. Um projétil de 20 g que se move horizontalmente a 400 m/s atinge a barra 0,96 m abaixo do pivô e fica cravado nela. Use g = 9,81 m/s². Encontre o maior ângulo φ em relação à vertical que a barra atinge ao oscilar.

M = 7,5 kgL = 1,9 mm = 20 gv = 400 m/sd = 0,96 mg = 9,81 m/s²
φ = °
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 125 mmd2​ = 315 mm1450 rpmT1​ = 1000 NT2​ = 250 NP = ?

Uma correia passa por uma polia motora de 125 mm a 1450 rpm. A tração é de 1000 N no lado tracionado e de 250 N no lado frouxo. Encontre a potência P transmitida, em kW.

d1 = 125 mmn1 = 1450 rpmT1 = 1000 NT2 = 250 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 30B = 80C = 18D = ?

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (30 dentes) no eixo de entrada gira a 960 rpm e aciona a engrenagem B (80 dentes). A engrenagem C (18 dentes) está fixada no mesmo eixo de B e aciona a engrenagem D no eixo de saída. A saída deve girar a 202,5 rpm. Quantos dentes ND a engrenagem D deve ter?

nin = 960 rpmA = 30B = 80C = 18nout = 202,5 rpm
ND =
17.Molas e pêndulosMédia
L = 1,9 m

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

L = 1,9 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
1,6 kgk = 200 N/m

Uma massa de 1,6 kg é presa à extremidade inferior de uma mola vertical não deformada com k = 200 N/m e solta do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre o maior alongamento xmax da mola em cm.

m = 1,6 kgk = 200 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 100 kN/mζ = 0,3m = 2 kg

Uma massa de 2 kg sobre uma mola com rigidez de 100 kN/m tem um amortecedor viscoso que dá um fator de amortecimento de 0,3. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.

m = 2 kgk = 100 kN/mζ = 0,3
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 5k2​ = 12k3​ = 20m = 10 kg

Uma massa de 10 kg está pendurada na mola k₃ = 20 kN/m. O topo de k₃ está preso a uma barra rígida que está pendurada em duas molas lado a lado, k₁ = 5 kN/m e k₂ = 12 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 = 10 kgk1 = 5 kN/mk2 = 12 kN/mk3 = 20 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 9,091 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 = 36/3,6 = 10 m/s

Distância de frenagem

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 10²/(2·5,5) = 9,091 m

Resposta

s = 9,091 m
2.Cinemática

Resposta: hmax = 80,25 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 = 22·1,5 = 33 m/s
h₁ = ½·22·1,5² = 24,75 m

Voo livre subindo

No topo a velocidade é zero.

Δh = v₁²/(2g) = 33²/(2·9,81) = 55,5 m
hmax = 24,75 + 55,5 = 80,25 m

Resposta

hmax = 80,25 m
3.Leis de Newton

Resposta: F = 185,4 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 = 147,1 + 38,23 = 185,4 N

Resposta

F = 185,4 N
4.Leis de Newton

Resposta: d = 5,946 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 15° + 0,3·cos 15°) = 5,382 m/s²

Distância

d = v₀²/(2a) = 8²/(2·5,382) = 5,946 m

Resposta

d = 5,946 m
5.Movimento de projéteis

Resposta: y = 9,645 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.

Tempo até o muro

vx = 30·cos 35° = 24,57 m/s
t = x/vx = 69/24,57 = 2,808 s

Altura nesse instante

y = 17,21·2,808 − ½·9,81·2,808² = 9,645 m

Resposta

y = 9,645 m

No muro a bola já está descendo.

6.Movimento de projéteis

Resposta: t = 2,312 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 = 16·cos 35° = 13,11 m/s
vy = v0·sin θ = 16·sin 35° = 9,177 m/s

Tempo no ar

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

0 = 5 + 9,177·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (9,177 + √(84,22 + 98,1))/9,81 = 2,312 s

Resposta

t = 2,312 s
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 21,59 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) = √(0,5·9,81·95) = 21,59 m/s

Resposta

vmax = 21,59 m/s (77,71 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: T = 153,1 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.

Forças no ponto mais baixo

Em direção ao centro (para cima) é positivo.

T − m·g = m·v²/r
T = 1,7·9,81 + 1,7·8,5²/0,9 = 16,68 + 136,5 = 153,1 N

Resposta

T = 153,1 N
9.Trabalho e energia

Resposta: d = 56,18 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 = 100/3,6 = 27,78 m/s

Balanço de energia

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 27,78²/(2·0,7·9,81) = 56,18 m

Resposta

d = 56,18 m

Dobrar a velocidade torna a distância de frenagem quatro vezes maior.

10.Trabalho e energia

Resposta: x = 47,16 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 − 0,25·1) = 166,8 J

Compressão máxima

½kx² = 166,8 → x = √(2·166,8/1500) = 0,4716 m = 47,16 cm

Resposta

x = 47,16 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′1 = 0,3529 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 = (4,5 − 4)/(4,5 + 4)·6 = 0,3529 m/s
v′2 = 2·4,5/(4,5 + 4)·6 = 6,353 m/s

Resposta

v′1 = 0,3529 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 556,4 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.

Subida do bloco

h = L·(1 − cos θ) = 1,3·(1 − cos 30°) = 0,1742 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,1742) = 1,849 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 4,515·1,849/0,015 = 556,4 m/s

Resposta

v = 556,4 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 4,952 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 = 3·9,81·0,6 = 17,66 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 = 3·1,2²/3 = 1,44 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 17,66 → ω = √(2·17,66/1,44) = 4,952 rad/s

Resposta

ω = 4,952 rad/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: φ = 17,55 °

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 = 7,5·1,9²/3 + 0,02·0,96² = 9,043 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 = 0,02·400·0,96/9,043 = 0,8492 rad/s

Energia durante a oscilação

½·I·ω² = ½·9,043·0,8492² = 3,261 J
(M·g·L/2 + m·g·d)·(1 − cos φ) = 70,08·(1 − cos φ)
cos φ = 1 − 3,261/70,08 = 0,9535 → φ = 17,55°

Resposta

φ = 17,55°
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 7,118 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 = 9,49 m/s

Potência

P = (1000 − 250)·9,49 = 7118 W = 7,118 kW

Resposta

P = 7,118 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: ND = 32

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 = 960·30/80 = 360 rpm

Dentes da engrenagem D

ND = C·nC/nout = 18·360/202,5 = 32

Resposta

ND = 32
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 2,765 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·√(1,9/9,81) = 2,765 s

Resposta

T = 2,765 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: xmax = 15,7 cm

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.

Equilíbrio e amplitude

x₀ = m·g/k = 1,6·9,81/200 = 0,07848 m = A

Ponto mais baixo

xmax = 2A = 0,157 m = 15,7 cm

Resposta

xmax = 15,7 cm
19.Vibrações mecânicas

Resposta: fd = 33,95 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 = √(100000/2) = 223,6 rad/s
fn = 223,6/(2π) = 35,59 Hz

Frequência natural amortecida

fd = fn·√(1 − ζ²) = 35,59·√(1 − 0,3²) = 33,95 Hz

Resposta

fd = 33,95 Hz
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 4,825 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 = 5 + 12 = 17 kN/m
keq = 17·20/(17 + 20) = 9,189 kN/m

Frequência natural

ωn = √(9189/10) = 30,31 rad/s
fn = 30,31/(2π) = 4,825 Hz

Resposta

fn = 4,825 Hz

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