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)1,2 s27,78

Uma motorista a 100 km/h vê um obstáculo. Seu tempo de reação é 1,2 s, depois do qual o carro freia com desaceleração constante de 8 m/s². Encontre a distância total de parada d a partir do momento em que ela vê o obstáculo.

v₀ = 100 km/htr = 1,2 sa = −8 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 20 m/s5 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 20 m/s da beira de um telhado a 5 m do chão. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Quanto tempo após o lançamento ela atinge o chão? Calcule t.

v₀ = 20 m/sh₀ = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
θ = 20°a = ?m = 4 kg

Um bloco de 4 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 20° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,2. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 4 kgθ = 20°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
3 kg7 kgTF = 45 Nμ = 0,15

Dois blocos sobre um piso horizontal estão ligados por um fio horizontal leve. Uma força horizontal de 45 N puxa o bloco da frente, de 7 kg; o bloco de 3 kg é rebocado atrás. O coeficiente de atrito cinético é 0,15 para os dois blocos. Use g = 9,81 m/s². Encontre a tração T no fio de ligação.

m1 = 3 kgm2 = 7 kgF = 45 Nμ = 0,15g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 34 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 = 34 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 45 mv0​ = 26 m/s45°x = ?

Uma bola é lançada a 45° acima da horizontal do topo de um penhasco de 45 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 26 m/sθ = 45°h = 45 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 105 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 105 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,6. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 105 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 1,3 mv = 8 m/s

Uma bola de 0,4 kg presa a um fio de 1,3 m de comprimento gira em um círculo vertical. No ponto mais baixo, ela se move a 8 m/s. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio no ponto mais baixo.

m = 0,4 kgr = 1,3 mv = 8 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
36 km/h5°1500 kg

Um carro de 1500 kg sobe uma rampa de 5° a 36 km/h constantes. A resistência do ar e a resistência ao rolamento juntas somam 450 N. Encontre a potência P que as rodas devem fornecer, em kW.

m = 1500 kgθ = 5°Fr = 450 Nv = 36 km/hg = 9,81 m/s²
P = kW
10.Trabalho e energiaDifícil
F = 230 N20°μ = 0,2520 kg

Um bloco de 20 kg parte do repouso na base de uma rampa de 20° e é puxado rampa acima por uma força constante de 230 N paralela à rampa. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Encontre a velocidade v do bloco depois de ele subir 10 m pela rampa.

m = 20 kgF = 230 Nθ = 20°μ = 0,25d = 10 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
700 kg7 m/s1900 kg

Um carro de 700 kg a 7 m/s colide com um carro parado de 1900 kg e os dois ficam presos um ao outro. Que porcentagem ΔK/K da energia cinética inicial é perdida?

m1 = 700 kgv1 = 7 m/sm2 = 1900 kgv2 = 0
ΔK/K = %
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
4 kgv = ?12 g15°L = 1,4 m

Um projétil de 12 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 4 kg pendurado por fios leves de 1,4 m e fica alojado nele. Os fios oscilam até um ângulo máximo de 15° com a vertical. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 12 gM = 4 kgL = 1,4 mθ = 15°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
0 → 400 rpmI = 28 kg·m²

Um motor leva um volante com momento de inércia de 28 kg·m² do repouso até 400 rpm em 37 s. Desprezando as perdas, encontre a potência média Pavg que ele fornece, em kW.

I = 28 kg·m²n = 400 rpmt = 37 s
Pavg = kW
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
θ = 15°vs = 8,5 m

Um corpo (esfera maciça) parte do repouso e rola sem deslizar por um plano inclinado de 15° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Seu raio é 0,05 m. Encontre sua velocidade angular ω depois de rolar 8,5 m ao longo do plano.

θ = 15°s = 8,5 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²r = 0,05 m
ω = rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 160 mmd2​ = 450 mm1440 rpmT1​ = 500 NT2​ = 125 NP = ?

Uma correia passa por uma polia motora de 160 mm a 1440 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 = 160 mmn1 = 1440 rpmT1 = 500 NT2 = 125 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 48B = 60C = 18D = 45

Um motor de 1,5 kW a 960 rpm aciona a engrenagem A (48 dentes), que engrena com a engrenagem B (60 dentes). A engrenagem C (18 dentes), no mesmo eixo de B, aciona a engrenagem D (45 dentes) no eixo de saída. Cada engrenamento tem eficiência de 96%. Encontre o torque de saída Tout.

P = 1,5 kWnin = 960 rpmA = 48B = 60C = 18D = 45ηmesh = 96%
Tout = N·m
17.Molas e pêndulosMédia
L = 1,1 mT = 1,32 s

Um astronauta em outro planeta verifica que um pêndulo simples de 1,1 m tem período de 1,32 s para pequenas oscilações. Encontre a aceleração da gravidade g nesse planeta.

L = 1,1 mT = 1,32 s
g = m/s²
18.Molas e pêndulosDifícil
2,9 kgk = 110 N/mA = 13 cm

Uma massa de 2,9 kg presa a uma mola com k = 110 N/m é deslocada 13 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua velocidade máxima vmax.

m = 2,9 kgk = 110 N/mA = 13 cm
vmax = m/s
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 40 kN/mζ = 0,35m = 250 kg

Uma massa de 250 kg sobre uma mola com rigidez de 40 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 = 250 kgk = 40 kN/mζ = 0,35
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 40k2​ = 25m = 20 kg

Uma massa de 20 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 40 kN/m e k₂ = 25 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 = 20 kgk1 = 40 kN/mk2 = 25 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: d = 81,56 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 = 100/3,6 = 27,78 m/s

Distância de reação

d1 = v₀·tr = 27,78·1,2 = 33,33 m

Distância de frenagem

d2 = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·8) = 48,23 m

Total

d = 33,33 + 48,23 = 81,56 m

Resposta

d = 81,56 m
2.Cinemática

Resposta: t = 4,314 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.

Equação do movimento

Para cima é positivo e o chão está h₀ abaixo do ponto de partida.

−5 = 20·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 20·t − 5 = 0

Resolva a equação do segundo grau

Só a raiz positiva tem sentido físico.

t = (20 + √(20² + 2·9,81·5))/9,81 = 4,314 s

Resposta

t = 4,314 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 1,512 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 20° − 0,2·cos 20°) = 9,81·(0,342 − 0,1879) = 1,512 m/s²

Resposta

a = 1,512 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 13,5 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.

Sistema inteiro

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (45 − 14,71)/10 = 3,029 m/s²

Só o bloco de trás

T = m1·(a + μ·g) = 3·(3,029 + 1,472) = 13,5 N

Resposta

T = 13,5 N

Com o mesmo μ nos dois blocos, o atrito sai da conta: T = F·m₁/(m₁ + m₂).

5.Movimento de projéteis

Resposta: x = 75,75 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 = 34·cos 70° = 11,63 m/s
vy = v0·sin θ = 34·sin 70° = 31,95 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·31,95/9,81 = 6,514 s

Distância horizontal

x = vx·t = 11,63·6,514 = 75,75 m

Resposta

x = 75,75 m
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 99,94 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 = 26·cos 45° = 18,38 m/s
vy = v0·sin θ = 26·sin 45° = 18,38 m/s

Tempo no ar

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

0 = 45 + 18,38·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (18,38 + √(338 + 882,9))/9,81 = 5,436 s

Distância horizontal

x = vx·t = 18,38·5,436 = 99,94 m

Resposta

x = 99,94 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 24,86 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) = √(0,6·9,81·105) = 24,86 m/s

Resposta

vmax = 24,86 m/s (89,5 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: T = 23,62 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.

Forças no ponto mais baixo

Em direção ao centro (para cima) é positivo.

T − m·g = m·v²/r
T = 0,4·9,81 + 0,4·8²/1,3 = 3,924 + 19,69 = 23,62 N

Resposta

T = 23,62 N
9.Trabalho e energia

Resposta: P = 17,32 kW

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). Potência é força vezes velocidade: P = F·v.

Força motriz

m·g = 1500·9,81 = 14715 N
mg·sin θ = 14715·sin 5° = 1282 N
F = 1282 + 450 = 1732 N

Potência

v = 36/3,6 = 10 m/s
P = F·v = 1732·10 = 17325 W = 17,32 kW

Resposta

P = 17,32 kW
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 10,81 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).

Forças ao longo do plano

m·g = 20·9,81 = 196,2 N
mg·sin θ = 67,1 N
μ·mg·cos θ = 46,09 N

Trabalho–energia

½mv² = (230 − 113,2)·10 = 1168 J
v = √(2·1168/20) = 10,81 m/s

Resposta

v = 10,81 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: ΔK/K = 73,08 %

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) = 700·7/2600 = 1,885 m/s

Energia cinética antes e depois

Kbefore = ½·700·7² = 17150 J
Kafter = ½·2600·1,885² = 4617 J

Fração perdida

ΔK/K = 12533/17150 = 73,08 %

Resposta

ΔK/K = 73,08 %

A energia perdida vira deformação, calor e som.

12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 323,4 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.

Subida do bloco

h = L·(1 − cos θ) = 1,4·(1 − cos 15°) = 0,0477 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,0477) = 0,9674 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 4,012·0,9674/0,012 = 323,4 m/s

Resposta

v = 323,4 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: Pavg = 0,6639 kW

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·400/60 = 41,89 rad/s

Energia

E = ½·I·ω² = ½·28·41,89² = 24564 J

Potência média

Pavg = E/t = 24564/37 = 663,9 W = 0,6639 kW

Resposta

Pavg = 0,6639 kW
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 111,1 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.

Altura da queda

h = s·sin θ = 8,5·sin 15° = 2,2 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 = √(2·9,81·2,2/1,4) = 5,553 m/s
ω = v/r = 5,553/0,05 = 111,1 rad/s

Resposta

ω = 111,1 rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 4,524 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 = 12,06 m/s

Potência

P = (500 − 125)·12,06 = 4524 W = 4,524 kW

Resposta

P = 4,524 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: Tout = 42,97 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.

Velocidade de saída

nout = 960·(48/60)·(18/45) = 307,2 rpm
ωout = 2π·307,2/60 = 32,17 rad/s

Potência e torque de saída

Pout = 1500·0,96² = 1382 W
Tout = Pout/ωout = 1382/32,17 = 42,97 N·m

Resposta

Tout = 42,97 N·m
17.Molas e pêndulos

Resposta: g = 24,92 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 = 4π²·1,1/1,32² = 24,92 m/s²

Resposta

g = 24,92 m/s²
18.Molas e pêndulos

Resposta: vmax = 0,8006 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 = √(110/2,9) = 6,159 rad/s

Velocidade máxima

vmax = A·ω = 0,13·6,159 = 0,8006 m/s

Resposta

vmax = 0,8006 m/s
19.Vibrações mecânicas

Resposta: fd = 1,886 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 = √(40000/250) = 12,65 rad/s
fn = 12,65/(2π) = 2,013 Hz

Frequência natural amortecida

fd = fn·√(1 − ζ²) = 2,013·√(1 − 0,35²) = 1,886 Hz

Resposta

fd = 1,886 Hz
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 9,073 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 = 40 + 25 = 65 kN/m

Frequência natural

ωn = √(65000/20) = 57,01 rad/s
fn = 57,01/(2π) = 9,073 Hz

Resposta

fn = 9,073 Hz

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