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)1,5 s22,22

Uma motorista a 80 km/h vê um obstáculo. Seu tempo de reação é 1,5 s, depois do qual o carro freia com desaceleração constante de 4 m/s². Encontre a distância total de parada d a partir do momento em que ela vê o obstáculo.

v₀ = 80 km/htr = 1,5 sa = −4 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
t (s)v (m/s)7 s

Um bonde parte do repouso e acelera a 2 m/s² durante 7 s, depois anda com velocidade constante durante 23 s e por fim freia a 2 m/s² até parar. Encontre a distância total s entre as duas paradas.

a1 = 2 m/s²t1 = 7 st2 = 23 sa3 = −2 m/s²
s = m
3.Leis de NewtonMédia
35 kg35°F = 140 Nμ = 0,1

Um trenó de 35 kg é puxado sobre neve plana por uma corda a 35° acima da horizontal com uma força de 140 N. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do trenó.

m = 35 kgF = 140 Nθ = 35°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 6 kg4 kgμ = 0,1

Um bloco de 6 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 4 kg. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a mesa é 0,1. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 6 kgm2 = 4 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 26 m/s65°alcance

Uma bola é lançada a 65° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 26 m/sθ = 65°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 5 mv0​ = 27 m/s60°α = ?

Uma bola é lançada a 27 m/s e 60° acima da horizontal do alto de um penhasco de 5 m. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Com que ângulo α abaixo da horizontal ela atinge o chão?

v₀ = 27 m/sθ = 60°h = 5 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Movimento circularMédia
L = 0,3 m40°

Uma pequena bola presa a um fio de comprimento 0,3 m se move em um círculo horizontal de modo que o fio forma um ângulo constante de 40° com a vertical (um pêndulo cônico). Use g = 9,81 m/s². Encontre o tempo T de uma volta.

L = 0,3 mθ = 40°g = 9,81 m/s²
T = s
8.Movimento circularDifícil
θ = 30°para o centrovmin​ = ?

Uma curva de raio 270 m tem sobrelevação de 30°, e o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a estrada é 0,3. 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 = 270 mθ = 30°μs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
35°d = 5 mμ = 0,25

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 35° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 5 m ao longo da rampa.

θ = 35°μ = 0,25d = 5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 7 mR = 2,5 mN = ?

Um carrinho de 0,5 kg é solto do repouso a uma altura de 7 m em um trilho liso que leva a um loop circular vertical de raio 2,5 m. Encontre a força normal N que o trilho exerce sobre o carrinho no topo do loop.

m = 0,5 kgh = 7 mR = 2,5 mg = 9,81 m/s²
N = N
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
1500 kg11 m/s1800 kg

Um carro de 1500 kg a 11 m/s colide com um carro parado de 1800 kg e os dois ficam presos um ao outro. Quanta energia cinética ΔK é perdida na colisão?

m1 = 1500 kgv1 = 11 m/sm2 = 1800 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1700 kgv1​ = ?1000 kg

Um carro de 1700 kg colide com um carro estacionado de 1000 kg. Os destroços ficam presos um ao outro e derrapam 18 m antes de parar. O coeficiente de atrito cinético entre os pneus e a estrada é 0,5. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v1 do primeiro carro logo antes da colisão.

m1 = 1700 kgm2 = 1000 kgd = 18 mμ = 0,5g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
n = 2600 rpmTb​ = 165 N·mI = 22 kg·m²

Um volante com momento de inércia de 22 kg·m² gira a 2600 rpm. Um freio aplica um torque de atrito constante de 165 N·m. Quanto tempo t ele leva para parar?

I = 22 kg·m²n = 2600 rpmTb = 165 N·m
t = s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
8,5 m/sω

Um corpo (aro fino) de massa 11 kg rola sem deslizar a 8,5 m/s. Encontre sua energia cinética total Ek.

m = 11 kgv = 8,5 m/sI = m·r²
Ek = J
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 125 mmd2​ = 315 mm2880 rpmT1​ = 1200 NT2​ = 300 NP = ?

Uma correia passa por uma polia motora de 125 mm a 2880 rpm. A tração é de 1200 N no lado tracionado e de 300 N no lado frouxo. Encontre a potência P transmitida, em kW.

d1 = 125 mmn1 = 2880 rpmT1 = 1200 NT2 = 300 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 45B = 60C = 12D = ?

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (45 dentes) no eixo de entrada gira a 2880 rpm e aciona a engrenagem B (60 dentes). A engrenagem C (12 dentes) está fixada no mesmo eixo de B e aciona a engrenagem D no eixo de saída. A saída deve girar a 1080 rpm. Quantos dentes ND a engrenagem D deve ter?

nin = 2880 rpmA = 45B = 60C = 12nout = 1080 rpm
ND =
17.Molas e pêndulosMédia
L = 2,5 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 2,5 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 2,5 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
1,6 kgk = 200 N/mA = 13 cm

Uma massa de 1,6 kg presa a uma mola com k = 200 N/m é deslocada 13 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule a energia total E da oscilação.

m = 1,6 kgk = 200 N/mA = 13 cm
E = J
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 15 kN/mc = 180 N·s/mm = 80 kg

Uma massa de 80 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 15 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 180 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.

m = 80 kgk = 15 kN/mc = 180 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 30k2​ = 10m = 50 kg

Uma massa de 50 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 30 kN/m e k₂ = 10 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 50 kgk1 = 30 kN/mk2 = 10 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: d = 95,06 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 = 80/3,6 = 22,22 m/s

Distância de reação

d1 = v₀·tr = 22,22·1,5 = 33,33 m

Distância de frenagem

d2 = v₀²/(2a) = 22,22²/(2·4) = 61,73 m

Total

d = 33,33 + 61,73 = 95,06 m

Resposta

d = 95,06 m
2.Cinemática

Resposta: s = 420 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 = 2·7 = 14 m/s

Distância de cada fase

s1 = ½·2·7² = 49 m
s2 = 14·23 = 322 m
s3 = 14²/(2·2) = 49 m

Distância total

s = 49 + 322 + 49 = 420 m

Resposta

s = 420 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 2,525 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.

Força normal

N = m·g − F·sin θ = 343,4 − 140·sin 35° = 263 N

Forças horizontais

m·a = F·cos θ − μ·N = 114,7 − 26,3
a = 88,38/35 = 2,525 m/s²

Resposta

a = 2,525 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: a = 3,335 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) = (39,24 − 5,886)/10 = 3,335 m/s²

Resposta

a = 3,335 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 4,804 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 = 26·cos 65° = 10,99 m/s
vy = v0·sin θ = 26·sin 65° = 23,56 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·23,56/9,81 = 4,804 s

Resposta

t = 4,804 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: α = 62 °

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

vx = 27·cos 60° = 13,5 m/s
vy0 = 27·sin 60° = 23,38 m/s

Velocidade vertical no impacto

Energia, ou v² = v₀² + 2as na direção vertical.

vy = √(23,38² + 2·9,81·5) = 25,39 m/s

Ângulo de impacto

tan α = vy/vx = 25,39/13,5 → α = 62°

Resposta

α = 62°
7.Movimento circular

Resposta: T = 0,9617 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.

Raio do círculo

r = L·sin θ = 0,3·sin 40° = 0,1928 m

Velocidade

Tração e gravidade juntas dão a força para dentro: tan θ = v²/(r·g).

v = √(r·g·tan θ) = √(0,1928·9,81·tan 40°) = 1,26 m/s

Período

T = 2π·r/v = 2π·0,1928/1,26 = 0,9617 s

Resposta

T = 0,9617 s
8.Movimento circular

Resposta: vmin = 25,02 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 = √(270·9,81·0,2402/1,016) = 25,02 m/s

Resposta

vmin = 25,02 m/s
(90,08 km/h)
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 6,015 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 = √(2·9,81·5·(0,5736 − 0,25·0,8192)) = 6,015 m/s

Resposta

v = 6,015 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: N = 2,943 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 no topo

v² = 2g(h − 2R) = 2·9,81·(7 − 5) = 39,24 m²/s²

Forças no topo

m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
N = mv²/R − mg = 0,5·39,24/2,5 − 4,905 = 2,943 N

Resposta

N = 2,943 N

O carrinho completa o loop no limite quando h = 2,5R; então N = 0 no topo.

11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: ΔK = 49500 J

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 comum

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 1500·11/3300 = 5 m/s

Energia cinética antes e depois

Kbefore = ½·1500·11² = 90750 J
Kafter = ½·3300·5² = 41250 J

Energia perdida

ΔK = 90750 − 41250 = 49500 J

Resposta

ΔK = 49500 J

A energia perdida vira deformação, calor e som.

12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v1 = 21,11 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) = √(2·0,5·9,81·18) = 13,29 m/s

Quantidade de movimento na colisão

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 2700·13,29/1700 = 21,11 m/s

Resposta

v1 = 21,11 m/s
(75,98 km/h)
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: t = 36,3 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.

Velocidade angular

ω = 2π·2600/60 = 272,3 rad/s

Desaceleração e tempo

α = Tb/I = 165/22 = 7,5 rad/s²
t = ω/α = 272,3/7,5 = 36,3 s

Resposta

t = 36,3 s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: Ek = 794,8 J

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.

Partes de translação e de rotação

Etrans = ½·m·v² = ½·11·8,5² = 397,4 J
Erot = ½·I·ω² = ½·1·m·r²·(v/r)² = 1·397,4 = 397,4 J

Total

Ek = 397,4 + 397,4 = 794,8 J

Resposta

Ek = 794,8 J
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 16,96 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 = 18,85 m/s

Potência

P = (1200 − 300)·18,85 = 16965 W = 16,96 kW

Resposta

P = 16,96 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: ND = 24

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 = 2880·45/60 = 2160 rpm

Dentes da engrenagem D

ND = C·nC/nout = 12·2160/1080 = 24

Resposta

ND = 24
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 3,172 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·√(2,5/9,81) = 3,172 s

Resposta

T = 3,172 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: E = 1,69 J

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 = √(200/1,6) = 11,18 rad/s

Energia

E = ½·k·A² = ½·200·0,13² = 1,69 J

Resposta

E = 1,69 J
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,08216

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.

Amortecimento crítico

cc = 2·√(k·m) = 2·√(15000·80) = 2191 N·s/m

Fator de amortecimento

ζ = c/cc = 180/2191 = 0,08216

Resposta

ζ = 0,08216

ζ < 1, então o sistema é subamortecido e oscila enquanto decai.

20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 40 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 = 30 + 10 = 40 kN/m

Resposta

keq = 40 kN/m

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