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
políciaa = 2,5 m/s²carro33 m/s

Um carro em alta velocidade, a 33 m/s constantes, passa por uma viatura policial parada. Nesse instante a viatura parte e acelera uniformemente a 2,5 m/s². Quanto tempo a viatura leva para alcançar o carro? Encontre t.

vcar = 33 m/sapolice = 2,5 m/s²v0,police = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
t (s)v (m/s)10 s

Um bonde parte do repouso e acelera a 2,5 m/s² durante 10 s, depois anda com velocidade constante durante 9 s e por fim freia a 3 m/s² até parar. Encontre a distância total s entre as duas paradas.

a1 = 2,5 m/s²t1 = 10 st2 = 9 sa3 = −3 m/s²
s = m
3.Leis de NewtonMédia
caixav₀ = 7 m/sμ = ?

Uma caixa desliza sobre um piso horizontal com velocidade inicial de 7 m/s e para após 6,2 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre o coeficiente de atrito cinético μ.

v₀ = 7 m/sd = 6,2 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 2,5 kg3 kgsem atrito

Um bloco de 2,5 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 3 kg. A mesa não tem atrito. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 2,5 kgm2 = 3 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 24 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 = 24 m/sθ = 65°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 10 mv0​ = 22 m/s30°x = ?

Uma bola é lançada a 30° acima da horizontal do topo de um penhasco de 10 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 22 m/sθ = 30°h = 10 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 120 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 120 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 = 120 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 1 mv = ?

Uma bola presa a um fio de 1 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 = 1 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
0,15 kgk = 400 N/mh = ?

Um lançador de brinquedo tem uma mola vertical de rigidez 400 N/m. Uma bola de 0,15 kg é colocada sobre ela e a mola é comprimida 5 cm e depois solta. Desprezando a resistência do ar e a massa da mola, encontre a altura h que a bola sobe, medida a partir da sua posição com a mola comprimida.

m = 0,15 kgk = 400 N/mx = 5 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Trabalho e energiaDifícil
8 kg6 kgμ = 0,3d = 2,5 m

Um bloco de 8 kg repousa sobre uma mesa horizontal áspera (μ = 0,3). Um fio leve vai dele, passando por uma polia lisa na borda da mesa, até um bloco pendurado de 6 kg. O sistema é solto do repouso. Encontre a velocidade v dos blocos depois que o bloco pendurado desceu 2,5 m.

m1 = 8 kgm2 = 6 kgμ = 0,3d = 2,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
4 kgv = ?8 gh = 20 cm

Um projétil de 8 g é disparado horizontalmente contra um bloco de madeira de 4 kg pendurado por fios leves e fica alojado nele. O bloco oscila para cima até ficar 20 cm mais alto que no início. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 8 gM = 4 kgh = 20 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1,5 kgv = ?12 g35°L = 1,2 m

Um projétil de 12 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 1,5 kg pendurado por fios leves de 1,2 m e fica alojado nele. Os fios oscilam até um ângulo máximo de 35° com a vertical. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 12 gM = 1,5 kgL = 1,2 mθ = 35°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
11 kgaαM = 17,5 kgR = 0,4 m

Um bloco de 11 kg está pendurado em um cabo leve enrolado em uma polia, um disco maciço uniforme de massa 17,5 kg e raio 0,4 m que gira em um eixo horizontal sem atrito. O bloco é solto a partir do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre a tração T no cabo.

m = 11 kgM = 17,5 kgR = 0,4 mg = 9,81 m/s²
T = N
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
300 m/s50 g1,77 mL = 1,8 m3 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 3 kg e comprimento 1,8 m pende em repouso de um pivô sem atrito na sua extremidade superior. Um projétil de 50 g que se move horizontalmente a 300 m/s atinge a barra 1,77 m abaixo do pivô e fica cravado nela. Encontre a velocidade angular ω da barra logo após o impacto.

M = 3 kgL = 1,8 mm = 50 gv = 300 m/sd = 1,77 m
ω = rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 25, m = 2,5 mm

Um motor de 11 kW girando a 1440 rpm aciona um pinhão com 25 dentes e módulo de 2,5 mm. Encontre a força tangencial Ft nos dentes do pinhão.

P = 11 kWn = 1440 rpmN1 = 25m = 2,5 mm
Ft = N
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 150 mmd2​ = 500 mm1450 rpmC = 1000 mmT1​ = 1500 NT2​P = ?

Uma correia aberta liga uma polia motora de 150 mm a 1450 rpm a uma polia de 500 mm; os centros estão a 1000 mm de distância. O coeficiente de atrito é 0,3 e a tração no lado tracionado não pode exceder 1500 N. Encontre a maior potência P que a correia pode transmitir sem escorregar, em kW (ignore os efeitos centrífugos).

d1 = 150 mmn1 = 1450 rpmd2 = 500 mmC = 1000 mmμ = 0,3T1 = 1500 N
P = kW
17.Molas e pêndulosMédia
2,8 kgk = 40 N/mA = 11 cmx = 4 cm

Uma massa de 2,8 kg presa a uma mola com k = 40 N/m oscila sobre uma superfície sem atrito com amplitude de 11 cm. Encontre sua velocidade v quando ela está a 4 cm do equilíbrio.

m = 2,8 kgk = 40 N/mA = 11 cmx = 4 cm
v = m/s
18.Molas e pêndulosDifícil
1,2 kgk = 430 N/m

Uma massa de 1,2 kg é presa à extremidade inferior de uma mola vertical não deformada com k = 430 N/m e solta do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre o maior alongamento xmax da mola em cm.

m = 1,2 kgk = 430 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
19.Vibrações mecânicasMédia
tx40 mm5 ciclos11,4 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 40 mm é seguido, 5 ciclos depois, por um pico de 11,4 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 40 mmx5 = 11,4 mmn = 5
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 40k2​ = 10m = 50 kg

Uma massa de 50 kg está pendurada em duas molas ligadas uma após a outra (em série): a mola superior tem k₁ = 40 kN/m e a inferior k₂ = 10 kN/m. Despreze o amortecimento e as massas das molas. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.

m = 50 kgk1 = 40 kN/mk2 = 10 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: t = 26,4 s

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.

Distâncias iguais

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·33/2,5 = 26,4 s

Resposta

t = 26,4 s

Nesse momento a viatura se move a 2v = 66 m/s.

2.Cinemática

Resposta: s = 454,2 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 = 2,5·10 = 25 m/s

Distância de cada fase

s1 = ½·2,5·10² = 125 m
s2 = 25·9 = 225 m
s3 = 25²/(2·3) = 104,2 m

Distância total

s = 125 + 225 + 104,2 = 454,2 m

Resposta

s = 454,2 m
3.Leis de Newton

Resposta: μ = 0,4028

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

a = v₀²/(2d) = 7²/(2·6,2) = 3,952 m/s²

Coeficiente de atrito

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 3,952/9,81 = 0,4028

Resposta

μ = 0,4028
4.Leis de Newton

Resposta: a = 5,351 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) = (29,43 − 0)/5,5 = 5,351 m/s²

Resposta

a = 5,351 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 4,435 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 = 24·cos 65° = 10,14 m/s
vy = v0·sin θ = 24·sin 65° = 21,75 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·21,75/9,81 = 4,435 s

Resposta

t = 4,435 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 55,95 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 = 22·cos 30° = 19,05 m/s
vy = v0·sin θ = 22·sin 30° = 11 m/s

Tempo no ar

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

0 = 10 + 11·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (11 + √(121 + 196,2))/9,81 = 2,937 s

Distância horizontal

x = vx·t = 19,05·2,937 = 55,95 m

Resposta

x = 55,95 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 28,71 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) = √(0,7·9,81·120) = 28,71 m/s

Resposta

vmax = 28,71 m/s (103,3 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmin = 3,132 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) = √(9,81·1) = 3,132 m/s

Resposta

vmin = 3,132 m/s
9.Trabalho e energia

Resposta: h = 0,3398 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).

Energia da mola

x = 5 cm = 0,05 m
½kx² = ½·400·0,05² = 0,5 J

Altura

m·g = 0,15·9,81 = 1,472 N
h = ½kx²/(mg) = 0,5/1,472 = 0,3398 m

Resposta

h = 0,3398 m
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 3,551 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 liberada e perdida

m₂g·d = 58,86·2,5 = 147,2 J
μ·m₁g·d = 0,3·78,48·2,5 = 58,86 J

Energia cinética dos dois blocos

½(m₁ + m₂)v² = 88,29 → v = √(2·88,29/14) = 3,551 m/s

Resposta

v = 3,551 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 992,4 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.

Oscilação após o impacto

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,2) = 1,981 m/s

Colisão

m·v = (m + M)·V → v = (0,008 + 4)·1,981/0,008 = 992,4 m/s

Resposta

v = 992,4 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 260 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) = 1,2·(1 − cos 35°) = 0,217 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,217) = 2,063 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 1,512·2,063/0,012 = 260 m/s

Resposta

v = 260 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: T = 47,81 N

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.

Bloco e polia

bloco: m·g − T = m·a
polia: T·R = I·α = ½·M·R²·(a/R) → T = ½·M·a

Aceleração

a = m·g/(m + M/2) = 11·9,81/(11 + 8,75) = 5,464 m/s²

Tração

T = m·(g − a) = 11·(9,81 − 5,464) = 47,81 N

Resposta

T = 47,81 N
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 7,817 rad/s

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 = 3·1,8²/3 + 0,05·1,77² = 3,397 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 = 0,05·300·1,77/3,397 = 7,817 rad/s

Resposta

ω = 7,817 rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: Ft = 2334 N

Geometria de engrenagens: o módulo m define o tamanho do dente. Uma engrenagem com N dentes tem diâmetro primitivo d = m·N, duas engrenagens acopladas têm o mesmo módulo, e a distância entre centros é a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. A velocidade tangencial no diâmetro primitivo é v = π·d·n/60, e a força tangencial no dente vem do torque: Ft = 2T/d.

Torque no pinhão

ω = 2π·1440/60 = 150,8 rad/s
T = P/ω = 11000/150,8 = 72,95 N·m

Diâmetro primitivo

d = m·N = 2,5·25 = 62,5 mm

Força tangencial

Ft = 2T/d = 2·72,95/0,0625 = 2334 N

Resposta

Ft = 2334 N
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 9,685 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.

Ângulo de abraçamento

θ = 2,79 rad

Tração do lado frouxo

eμθ = e0,8369 = 2,309, T₂ = 1500/2,309 = 649,6 N

Potência

P = (1500 − 649,6)·11,39 = 9,685 kW

Resposta

P = 9,685 kW
17.Molas e pêndulos

Resposta: v = 0,3873 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 = √(40/2,8) = 3,78 rad/s

Velocidade em x

v = ω·√(A² − x²) = 3,78·√(0,11² − 0,04²) = 0,3873 m/s

Resposta

v = 0,3873 m/s
18.Molas e pêndulos

Resposta: xmax = 5,475 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 = 1,2·9,81/430 = 0,02738 m = A

Ponto mais baixo

xmax = 2A = 0,05475 m = 5,475 cm

Resposta

xmax = 5,475 cm
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,03992

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.

Decremento logarítmico

δ = (1/5)·ln(40/11,4) = 0,2511

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,2511/√(39,48 + 0,06303) = 0,03992

Resposta

ζ = 0,03992
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 2,013 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 em série compartilham a mesma força e somam suas deflexões, então se combinam pelos inversos: 1/k = 1/k1 + 1/k2.

1/keq = 1/40 + 1/10 → keq = 40·10/(40 + 10) = 8 kN/m

Frequência natural

ωn = √(8000/50) = 12,65 rad/s
fn = 12,65/(2π) = 2,013 Hz

Resposta

fn = 2,013 Hz

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