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)2 s15

Um carro a 54 km/h freia com desaceleração constante de 7,5 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 54 km/ha = −7,5 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
AB: 26 m/s50 m

A bola A é solta do repouso de uma altura de 50 m. No mesmo instante a bola B é lançada verticalmente para cima a partir do chão, logo abaixo, a 26 m/s. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². A que altura y acima do chão elas se encontram?

H = 50 mv0B = 26 m/sg = 9,81 m/s²
y = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 45°a = ?m = 3 kg

Um bloco de 3 kg desliza para baixo em um plano inclinado sem atrito a 45° da horizontal. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 3 kgθ = 45°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 8,5 kg2 kgsem atrito

Um bloco de 8,5 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 2 kg. A mesa não tem atrito. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 8,5 kgm2 = 2 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 38 m/s70°x = ?

Uma bola é lançada a 70° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 38 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 5 mv0​ = 21 m/s15°v = ?

Uma bola é lançada a 21 m/s e 15° acima da horizontal do alto de um penhasco de 5 m. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v com que ela atinge o chão.

v₀ = 21 m/sθ = 15°h = 5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
7.Movimento circularMédia
r = 45 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 45 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 = 45 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
R = 3,5 mh = 11,2 m

Um carrinho de 2 kg é solto do repouso a uma altura de 11,2 m em um trilho sem atrito e passa por um loop vertical de raio 3,5 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força normal Nbottom do trilho sobre o carrinho na base do loop.

m = 2 kgh = 11,2 mR = 3,5 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.Trabalho e energiaMédia
40°d = 10 mμ = 0,2

Um bloco de 4 kg desliza 10 m por uma rampa a 40° da horizontal, com coeficiente de atrito cinético de 0,2. Encontre o trabalho Wf realizado contra o atrito.

m = 4 kgθ = 40°μ = 0,2d = 10 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 1,5 mL = 1 mμ = 0,15k = 5000 N/m

Um bloco de 2,5 kg é solto do repouso na altura 1,5 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 1 m (μ = 0,15) e depois encontra uma mola (k = 5000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a velocidade v do bloco quando chega à mola.

m = 2,5 kgh = 1,5 mL = 1 mμ = 0,15k = 5000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
1500 kg15 m/s1600 kg

Um carro de 1500 kg a 15 m/s colide com um carro parado de 1600 kg e os dois ficam presos um ao outro. Quanta energia cinética ΔK é perdida na colisão?

m1 = 1500 kgv1 = 15 m/sm2 = 1600 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1300 kgv1​ = ?1700 kg

Um carro de 1300 kg colide com um carro estacionado de 1700 kg. Os destroços ficam presos um ao outro e derrapam 21 m antes de parar. O coeficiente de atrito cinético entre os pneus e a estrada é 0,75. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v1 do primeiro carro logo antes da colisão.

m1 = 1300 kgm2 = 1700 kgd = 21 mμ = 0,75g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
L = 0,7 mm = 6,5 kgα

Uma barra esbelta uniforme de massa 6,5 kg e comprimento 0,7 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 aceleração atip da extremidade livre logo após ser solta.

m = 6,5 kgL = 0,7 mg = 9,81 m/s²
atip = m/s²
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
disco: 16 kganel: 7 kgn1​ = 700 rpm

Um disco maciço uniforme (massa 16 kg, raio 0,2 m) gira livremente a 700 rpm em torno de um eixo vertical sem atrito. Um anel fino de massa 7 kg e mesmo raio é solto sobre ele a partir do repouso, centrado no eixo, e os dois logo passam a girar juntos. Encontre a velocidade comum n2 deles em rpm.

Mdisc = 16 kgMring = 7 kgR = 0,2 mn1 = 700 rpm
n2 = rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 12N2​ = 32

Um motor de 5,5 kW girando a 960 rpm aciona um pinhão com 12 dentes, que engrena com uma engrenagem de 32 dentes. Desconsidere as perdas. Calcule o torque de saída T2 no eixo da engrenagem.

P = 5,5 kWn1 = 960 rpmN1 = 12N2 = 32η = 100%
T2 = N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 160 mmd2​ = 300 mm1440 rpmC = 800 mmθ = ?

Uma correia aberta liga uma polia de 160 mm e uma polia de 300 mm cujos centros estão a 800 mm de distância. Encontre o ângulo de abraçamento θ na polia menor, em graus.

d1 = 160 mmd2 = 300 mmC = 800 mm
θ = °
17.Molas e pêndulosMédia
L = 0,5 mT = 1,49 s

Um astronauta em outro planeta verifica que um pêndulo simples de 0,5 m tem período de 1,49 s para pequenas oscilações. Encontre a aceleração da gravidade g nesse planeta.

L = 0,5 mT = 1,49 s
g = m/s²
18.Molas e pêndulosDifícil
2,7 kgk = 130 N/mA = 11 cm

Uma massa de 2,7 kg presa a uma mola com k = 130 N/m é deslocada 11 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua velocidade máxima vmax.

m = 2,7 kgk = 130 N/mA = 11 cm
vmax = m/s
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 4 kN/mc = 120 N·s/mm = 10 kg

Uma massa de 10 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 4 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 120 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.

m = 10 kgk = 4 kN/mc = 120 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 50k2​ = 20m = 100 kg

Uma massa de 100 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 50 kN/m e k₂ = 20 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 100 kgk1 = 50 kN/mk2 = 20 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 15 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 = 54/3,6 = 15 m/s

Distância de frenagem

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 15²/(2·7,5) = 15 m

Resposta

s = 15 m
2.Cinemática

Resposta: y = 31,86 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.

Instante do encontro

Para cima é positivo, o chão é y = 0.

50 − ½g·t² = 26·t − ½g·t² → t = 50/26 = 1,923 s

Altura do encontro

y = 26·1,923 − ½·9,81·1,923² = 31,86 m

Resposta

y = 31,86 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 6,937 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 45° − 0·cos 45°) = 9,81·(0,7071 − 0) = 6,937 m/s²

Resposta

a = 6,937 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: a = 1,869 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) = (19,62 − 0)/10,5 = 1,869 m/s²

Resposta

a = 1,869 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: x = 94,62 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 = 38·cos 70° = 13 m/s
vy = v0·sin θ = 38·sin 70° = 35,71 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·35,71/9,81 = 7,28 s

Distância horizontal

x = vx·t = 13·7,28 = 94,62 m

Resposta

x = 94,62 m
6.Movimento de projéteis

Resposta: v = 23,22 m/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

vx = 21·cos 15° = 20,28 m/s
vy0 = 21·sin 15° = 5,435 m/s

Velocidade vertical no impacto

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

vy = √(5,435² + 2·9,81·5) = 11,3 m/s

Velocidade de impacto

v = √(20,28² + 11,3²) = 23,22 m/s

Resposta

v = 23,22 m/s

Verificação pela energia: v² = v₀² + 2gh.

7.Movimento circular

Resposta: vmax = 17,58 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) = √(0,7·9,81·45) = 17,58 m/s

Resposta

vmax = 17,58 m/s (63,28 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: Nbottom = 145,2 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 = 2·9,81·11,2 = 219,7 m²/s²

Forças

Em direção ao centro é positivo.

N = m·v²/R + m·g = 2·219,7/3,5 + 19,62 = 145,2 N

Resposta

Nbottom = 145,2 N
9.Trabalho e energia

Resposta: Wf = 60,12 J

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).

Força de atrito

N = mg·cos θ = 39,24·0,766 = 30,06 N
F = μN = 0,2·30,06 = 6,012 N

Trabalho contra o atrito

Wf = F·d = 6,012·10 = 60,12 J

Resposta

Wf = 60,12 J
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 5,147 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 = 24,53·(1,5 − 0,15·1) = 33,11 J

Velocidade na mola

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·1,35) = 5,147 m/s

Resposta

v = 5,147 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: ΔK = 87097 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) = 1500·15/3100 = 7,258 m/s

Energia cinética antes e depois

Kbefore = ½·1500·15² = 168750 J
Kafter = ½·3100·7,258² = 81653 J

Energia perdida

ΔK = 168750 − 81653 = 87097 J

Resposta

ΔK = 87097 J

A energia perdida vira deformação, calor e som.

12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v1 = 40,57 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) = √(2·0,75·9,81·21) = 17,58 m/s

Quantidade de movimento na colisão

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 3000·17,58/1300 = 40,57 m/s

Resposta

v1 = 40,57 m/s
(146 km/h)
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: atip = 14,71 m/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.

m·g·L/2 = (m·L²/3)·α → α = 3g/(2L) = 3·9,81/(2·0,7) = 21,02 rad/s²

Aceleração da extremidade livre

atip = α·L = 21,02·0,7 = 14,71 m/s²

Resposta

atip = 14,71 m/s²

atip = 1,5·g para qualquer comprimento: a extremidade livre cai mais rápido que uma pedra solta.

14.Rotação de corpo rígido

Resposta: n2 = 373,3 rpm

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.

Momentos de inércia

I1 = ½·16·0,2² = 0,32 kg·m²
I2 = 7·0,2² = 0,28 kg·m²

Conservação da quantidade de movimento angular

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 700·0,32/0,6 = 373,3 rpm

Resposta

n2 = 373,3 rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: T2 = 145,9 N·m

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.

Torque do motor

ω₁ = 2π·960/60 = 100,5 rad/s
T1 = P/ω₁ = 5500/100,5 = 54,71 N·m

Torque de saída

T2 = 54,71·32/12·1 = 145,9 N·m

Resposta

T2 = 145,9 N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: θ = 170 °

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.

Ângulo da correia

asin(0,0875) = 5,02°

Ângulo de abraçamento

θ = 180 − 2·5,02 = 170°

Resposta

θ = 170°
17.Molas e pêndulos

Resposta: g = 8,891 m/s²

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.

Resolver para g

g = 4π²·L/T² = 4π²·0,5/1,49² = 8,891 m/s²

Resposta

g = 8,891 m/s²
18.Molas e pêndulos

Resposta: vmax = 0,7633 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 = √(130/2,7) = 6,939 rad/s

Velocidade máxima

vmax = A·ω = 0,11·6,939 = 0,7633 m/s

Resposta

vmax = 0,7633 m/s
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,3

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·√(4000·10) = 400 N·s/m

Fator de amortecimento

ζ = c/cc = 120/400 = 0,3

Resposta

ζ = 0,3

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

20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 70 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 = 50 + 20 = 70 kN/m

Resposta

keq = 70 kN/m

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