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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 50 km/h freia com desaceleração constante de 6 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.
v₀ = 50 km/ha = −6 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Uma bola é lançada verticalmente para cima a 10 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 = 10 m/sh₀ = 35 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
Um bloco de 8 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 45° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.
m = 8 kgθ = 45°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
Um bloco de 1,5 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 1,5 kg. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a mesa é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio.
m1 = 1,5 kgm2 = 1,5 kgμ = 0,3g = 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 distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.
v0 = 20 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Movimento de projéteisDifícil
Uma bola é lançada a 10 m/s e 55° acima da horizontal do alto de um penhasco de 20 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 = 10 m/sθ = 55°h = 20 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Movimento circularMédia
Em um rotor de parque de diversões, as pessoas ficam encostadas na parede de um cilindro vertical de raio 2 m. Quando ele gira rápido o bastante, o piso desce e o atrito as segura. O coeficiente de atrito estático é 0,7. Use g = 9,81 m/s². Encontre a menor velocidade angular ω em rad/s.
r = 2 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
ω = rad/s
8.Movimento circularDifícil
Uma bola presa a um fio de 0,5 m de comprimento gira em um círculo vertical. Use g = 9,81 m/s². Qual é a menor velocidade vmin no topo para a qual o fio ainda permanece esticado?
r = 0,5 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 40° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,35. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 17 m ao longo da rampa.
θ = 40°μ = 0,35d = 17 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
Um bloco de 10 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 = 0,15) e depois encontra uma mola (k = 2000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a velocidade v do bloco quando chega à mola.
m = 10 kgh = 4,5 mL = 1 mμ = 0,15k = 2000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
Um carro de 900 kg a 22 m/s colide com um carro parado de 1700 kg e os dois ficam presos um ao outro. Que porcentagem ΔK/K da energia cinética inicial é perdida?
m1 = 900 kgv1 = 22 m/sm2 = 1700 kgv2 = 0
ΔK/K = %
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
Uma bola de 0,2 kg atinge uma parede a 18 m/s e volta em linha reta a 8 m/s. O contato dura 25 ms. Calcule a força média Favg da parede sobre a bola.
m = 0,2 kgvin = 18 m/svout = 8 m/sΔt = 25 ms
Favg = N
13.Rotação de corpo rígidoMédia
Uma barra esbelta uniforme de massa 7,5 kg e comprimento 1,9 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 = 7,5 kgL = 1,9 mmball = 0,5 kgg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
Um corpo (esfera maciça) parte do repouso e rola sem deslizar por um plano inclinado de 40° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Seu raio é 0,3 m. Encontre sua velocidade angular ω depois de rolar 2,5 m ao longo do plano.
θ = 40°s = 2,5 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²r = 0,3 m
ω = rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
Uma correia passa por uma polia motora de 80 mm a 720 rpm. A tração é de 500 N no lado tracionado e de 125 N no lado frouxo. Encontre a potência P transmitida, em kW.
d1 = 80 mmn1 = 720 rpmT1 = 500 NT2 = 125 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (24 dentes) no eixo de entrada gira a 960 rpm e aciona a engrenagem B (60 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 320 rpm. Quantos dentes ND a engrenagem D deve ter?
nin = 960 rpmA = 24B = 60C = 30nout = 320 rpm
ND =
17.Molas e pêndulosMédia
Qual deve ser o comprimento de um pêndulo simples para ter período de 1,4 s? Use g = 9,81 m/s². Calcule L.
T = 1,4 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Molas e pêndulosDifícil
Um projétil de 5 g a 150 m/s atinge e fica alojado em um bloco de 2 kg em repouso sobre uma superfície sem atrito. O bloco está preso a uma mola horizontal com k = 600 N/m. Encontre a amplitude A da oscilação resultante em cm.
m = 5 gv = 150 m/sM = 2 kgk = 600 N/m
A = cm
19.Vibrações mecânicasMédia
Uma massa de 15 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 40 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 120 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.
m = 15 kgk = 40 kN/mc = 120 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
Uma massa de 25 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 60 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 = 60 kN/mk2 = 40 kN/m
fn = Hz
3Soluções
1.Cinemática
Resposta: s = 16,08 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/(2·6) = 16,08 m
Resposta
s = 16,08 m
2.Cinemática
Resposta: hmax = 40,1 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 = 10²/(2·9,81) = 5,097 m
Altura em relação ao chão
hmax = 35 + 5,097 = 40,1 m
Resposta
hmax = 40,1 m
3.Leis de Newton
Resposta: a = 5,203 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.
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.
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
Tempo no ar
Partindo e chegando na mesma altura: t = 2vy/g.
t = 2·18,79/9,81 = 3,832 s
Distância horizontal
x = vx·t = 6,84·3,832 = 26,21 m
Resposta
x = 26,21 m
6.Movimento de projéteis
Resposta: α = 75,02 °
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 = 10·cos 55° = 5,736 m/s
vy0 = 10·sin 55° = 8,192 m/s
Velocidade vertical no impacto
Energia, ou v² = v₀² + 2as na direção vertical.
vy = √(8,192² + 2·9,81·20) = 21,44 m/s
Ângulo de impacto
tan α = vy/vx = 21,44/5,736 → α = 75,02°
Resposta
α = 75,02°
7.Movimento circular
Resposta: ω = 2,647 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/(0,7·2)) = 2,647 rad/s
Resposta
ω = 2,647 rad/s
8.Movimento circular
Resposta: vmin = 2,215 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.
Tração nula no topo
m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·0,5) = 2,215 m/s
Resposta
vmin = 2,215 m/s
9.Trabalho e energia
Resposta: v = 11,18 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 = √(2·9,81·17·(0,6428 − 0,35·0,766)) = 11,18 m/s
Resposta
v = 11,18 m/s
10.Trabalho e energia
Resposta: v = 9,238 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 = 98,1·(4,5 − 0,15·1) = 426,7 J
Velocidade na mola
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·4,35) = 9,238 m/s
Resposta
v = 9,238 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: ΔK/K = 65,38 %
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) = 900·22/2600 = 7,615 m/s
Energia cinética antes e depois
Kbefore = ½·900·22² = 217800 J
Kafter = ½·2600·7,615² = 75392 J
Fração perdida
ΔK/K = 142408/217800 = 65,38 %
Resposta
ΔK/K = 65,38 %
A energia perdida vira deformação, calor e som.
12.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: Favg = 208 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 = 0,2·(8 + 18) = 5,2 N·s
Força média
Favg = J/Δt = 5,2/0,025 = 208 N
Resposta
Favg = 208 N
13.Rotação de corpo rígido
Resposta: v = 7,267 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.
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 = 2,5·sin 40° = 1,607 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 + 0,4)
v = √(2·9,81·1,607/1,4) = 4,746 m/s
ω = v/r = 4,746/0,3 = 15,82 rad/s
Resposta
ω = 15,82 rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: P = 1,131 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 = 3,016 m/s
Potência
P = (500 − 125)·3,016 = 1131 W = 1,131 kW
Resposta
P = 1,131 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: ND = 36
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 = 960·24/60 = 384 rpm
Dentes da engrenagem D
ND = C·nC/nout = 30·384/320 = 36
Resposta
ND = 36
17.Molas e pêndulos
Resposta: L = 0,487 m
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.
Isole o comprimento
L = g·(T/2π)² = 9,81·(1,4/2π)² = 0,487 m
Resposta
L = 0,487 m
18.Molas e pêndulos
Resposta: A = 2,162 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.
Velocidade após o impacto
V = m·v/(m + M) = 0,005·150/2,005 = 0,3741 m/s
Frequência angular
ω = √(k/(m + M)) = √(600/2,005) = 17,3 rad/s
Amplitude
A = V/ω = 0,3741/17,3 = 0,02162 m = 2,162 cm
Resposta
A = 2,162 cm
19.Vibrações mecânicas
Resposta: ζ = 0,07746
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·√(40000·15) = 1549 N·s/m
Fator de amortecimento
ζ = c/cc = 120/1549 = 0,07746
Resposta
ζ = 0,07746
ζ < 1, então o sistema é subamortecido e oscila enquanto decai.
20.Vibrações mecânicas
Resposta: fn = 10,07 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.