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)1,736 s13,89

Um carro a 50 km/h freia com desaceleração constante de 8 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 50 km/ha = −8 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 8 m/s35 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 8 m/s da beira de um telhado a 35 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 = 8 m/sh₀ = 35 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 35°50 kgF = ?

Uma caixa de 50 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 0,25. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força de empurrão F.

m = 50 kgθ = 35°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
F = N
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 5 kg4,5 kgμ = 0,25

Um bloco de 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 0,25. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 5 kgm2 = 4,5 kgμ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 38 m/s60°alcance

Uma bola é lançada a 60° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 38 m/sθ = 60°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 55 mv0​ = 11 m/s15°alcance

Uma bola é lançada a 15° acima da horizontal do topo de um penhasco de 55 m. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 11 m/sθ = 15°h = 55 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimento circularMédia
r = 3,2 mω = ?

Em um rotor de parque de diversões, as pessoas ficam encostadas na parede de um cilindro vertical de raio 3,2 m. Quando ele gira rápido o bastante, o piso desce e o atrito as segura. O coeficiente de atrito estático é 0,6. Use g = 9,81 m/s². Encontre a menor velocidade angular ω em rad/s.

r = 3,2 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
ω = rad/s
8.Movimento circularDifícil
θ = 12°para o centrovmax​ = ?

Uma curva de raio 170 m tem sobrelevação de 12°, 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 = 170 mθ = 12°μs = 0,25g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
60°L = 0,8 m0,2 kg

Uma bola de 0,2 kg está pendurada em um fio leve de comprimento 0,8 m. Ela é afastada até o fio formar 60° com a vertical e solta do repouso. Encontre a tração T no fio quando a bola passa pelo ponto mais baixo.

m = 0,2 kgL = 0,8 mθ = 60°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 3 mL = 4,5 mμ = 0,25k = 2500 N/m

Um bloco de 1 kg é solto do repouso na altura 3 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 4,5 m (μ = 0,25) e depois encontra uma mola (k = 2500 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 1 kgh = 3 mL = 4,5 mμ = 0,25k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
3,5 kg3 m/s3 kg

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

m1 = 3,5 kgm2 = 3 kgv1 = 3 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
15 m/s9 m/s

Uma bola de 0,3 kg atinge uma parede a 15 m/s e volta em linha reta a 9 m/s. O contato dura 5 ms. Calcule a força média Favg da parede sobre a bola.

m = 0,3 kgvin = 15 m/svout = 9 m/sΔt = 5 ms
Favg = N
13.Rotação de corpo rígidoMédia
v = ?0,5 kgL = 1,8 mm = 1 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 1 kg e comprimento 1,8 m está articulada em uma extremidade e é solta do repouso na posição horizontal. Uma pequena bola de massa 0,5 kg está fixada na sua extremidade livre. Despreze o atrito e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v da extremidade livre quando a barra passa pela posição vertical.

m = 1 kgL = 1,8 mmball = 0,5 kgg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
θ = 10°a

Um corpo (cilindro maciço) rola sem deslizar por um plano inclinado de 10° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do seu centro.

θ = 10°I = ½·m·r²g = 9,81 m/s²
a = m/s²
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 160 mmd2​ = 450 mm720 rpmn2​ = ?

Uma polia de 160 mm a 720 rpm aciona uma polia de 450 mm por uma correia com 4 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 720 rpmd1 = 160 mmd2 = 450 mms = 4 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 24B = 72C = 30D = ?

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (24 dentes) no eixo de entrada gira a 960 rpm e aciona a engrenagem B (72 dentes). A engrenagem C (30 dentes) está fixada no mesmo eixo de B e aciona a engrenagem D no eixo de saída. A saída deve girar a 200 rpm. Quantos dentes ND a engrenagem D deve ter?

nin = 960 rpmA = 24B = 72C = 30nout = 200 rpm
ND =
17.Molas e pêndulosMédia
L = 0,9 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 0,9 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 0,9 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
3,4 kgk = 250 N/mA = 11 cm

Uma massa de 3,4 kg presa a uma mola com k = 250 N/m é deslocada 11 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua velocidade máxima vmax.

m = 3,4 kgk = 250 N/mA = 11 cm
vmax = m/s
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 15 kN/mζ = 0,35m = 50 kg

Uma massa de 50 kg sobre uma mola com rigidez de 15 kN/m tem um amortecedor viscoso que dá um fator de amortecimento de 0,35. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.

m = 50 kgk = 15 kN/mζ = 0,35
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 30k2​ = 100m = 5 kg

Uma massa de 5 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 30 kN/m e k₂ = 100 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 = 5 kgk1 = 30 kN/mk2 = 100 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 12,06 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 = 50/3,6 = 13,89 m/s

Distância de frenagem

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 13,89²/(2·8) = 12,06 m

Resposta

s = 12,06 m
2.Cinemática

Resposta: hmax = 38,26 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 = 8²/(2·9,81) = 3,262 m

Altura em relação ao chão

hmax = 35 + 3,262 = 38,26 m

Resposta

hmax = 38,26 m
3.Leis de Newton

Resposta: F = 381,8 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 = 281,3 + 100,4 = 381,8 N

Resposta

F = 381,8 N
4.Leis de Newton

Resposta: a = 3,356 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.

Aceleração do sistema

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (44,15 − 12,26)/9,5 = 3,356 m/s²

Resposta

a = 3,356 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 6,709 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 = 38·cos 60° = 19 m/s
vy = v0·sin θ = 38·sin 60° = 32,91 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·32,91/9,81 = 6,709 s

Resposta

t = 6,709 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: t = 3,651 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 = 11·cos 15° = 10,63 m/s
vy = v0·sin θ = 11·sin 15° = 2,847 m/s

Tempo no ar

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

0 = 55 + 2,847·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (2,847 + √(8,105 + 1079))/9,81 = 3,651 s

Resposta

t = 3,651 s
7.Movimento circular

Resposta: ω = 2,26 rad/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.

Forças sobre uma pessoa

N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g

Velocidade angular

ω = √(g/(μ·r)) = √(9,81/(0,6·3,2)) = 2,26 rad/s

Resposta

ω = 2,26 rad/s
8.Movimento circular

Resposta: vmax = 28,54 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 = √(170·9,81·0,4524/0,9262) = 28,54 m/s

Resposta

vmax = 28,54 m/s
(102,8 km/h)
9.Trabalho e energia

Resposta: T = 3,924 N

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). Em uma trajetória circular a força resultante em direção ao centro deve ser igual a mv²/r.

Velocidade embaixo

v² = 2gL(1 − cos θ) = 2·9,81·0,8·(1 − cos 60°) = 7,848 m²/s²

Forças embaixo

m·g = 0,2·9,81 = 1,962 N
T = mg + mv²/L = 1,962 + 0,2·7,848/0,8 = 3,924 N

Resposta

T = 3,924 N

Verificação: T = mg(3 − 2cos θ) = 3,924 N.

10.Trabalho e energia

Resposta: x = 12,13 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 = 9,81·(3 − 0,25·4,5) = 18,39 J

Compressão máxima

½kx² = 18,39 → x = √(2·18,39/2500) = 0,1213 m = 12,13 cm

Resposta

x = 12,13 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = 3,231 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 = (3,5 − 3)/(3,5 + 3)·3 = 0,2308 m/s
v′2 = 2·3,5/(3,5 + 3)·3 = 3,231 m/s

Resposta

v′2 = 3,231 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: Favg = 1440 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·(9 + 15) = 7,2 N·s

Força média

Favg = J/Δt = 7,2/0,005 = 1440 N

Resposta

Favg = 1440 N
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: v = 6,51 m/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 + mball·g·L = 1·9,81·0,9 + 0,5·9,81·1,8 = 17,66 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 + mball·L² = 1,08 + 1,62 = 2,7 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 17,66 → ω = √(2·17,66/2,7) = 3,617 rad/s
v = ω·L = 3,617·1,8 = 6,51 m/s

Resposta

v = 6,51 m/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: a = 1,136 m/s²

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 = 0,5·m·r²·(a/r) → f = 0,5·m·a

Aceleração

a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 10°/1,5 = 1,136 m/s²

Resposta

a = 1,136 m/s²
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 245,8 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

720·160/450 = 256 rpm

Com escorregamento

n2 = 256·0,96 = 245,8 rpm

Resposta

n2 = 245,8 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 = 960·24/72 = 320 rpm

Dentes da engrenagem D

ND = C·nC/nout = 30·320/200 = 48

Resposta

ND = 48
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 1,903 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·√(0,9/9,81) = 1,903 s

Resposta

T = 1,903 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: vmax = 0,9432 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 = √(250/3,4) = 8,575 rad/s

Velocidade máxima

vmax = A·ω = 0,11·8,575 = 0,9432 m/s

Resposta

vmax = 0,9432 m/s
19.Vibrações mecânicas

Resposta: fd = 2,582 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 = √(15000/50) = 17,32 rad/s
fn = 17,32/(2π) = 2,757 Hz

Frequência natural amortecida

fd = fn·√(1 − ζ²) = 2,757·√(1 − 0,35²) = 2,582 Hz

Resposta

fd = 2,582 Hz
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 25,66 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 = 30 + 100 = 130 kN/m

Frequência natural

ωn = √(130000/5) = 161,2 rad/s
fn = 161,2/(2π) = 25,66 Hz

Resposta

fn = 25,66 Hz

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