Dinâmica: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 20 exercícios, com soluções completas no final.

Novos exercíciosVoltar à disciplina

Na janela de impressão, escolha “Salvar como PDF” para guardar uma cópia no seu dispositivo.

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
a = ?s = 2400 m

Um avião precisa de uma velocidade de 220 km/h para decolar e a pista utilizável tem 2400 m de comprimento. Partindo do repouso, de que aceleração constante a ele precisa?

v₀ = 0v = 220 km/hs = 2400 m
a = m/s²
2.CinemáticaDifícil
t (s)v (m/s)5 s

Um bonde parte do repouso e acelera a 2,5 m/s² durante 5 s, depois anda com velocidade constante durante 17 s e por fim freia a 5 m/s² até parar. Encontre a distância total s entre as duas paradas.

a1 = 2,5 m/s²t1 = 5 st2 = 17 sa3 = −5 m/s²
s = m
3.Leis de NewtonMédia
10 kg15°F = 30 Nμ = 0,2

Um trenó de 10 kg é puxado sobre neve plana por uma corda a 15° acima da horizontal com uma força de 30 N. O coeficiente de atrito cinético é 0,2. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do trenó.

m = 10 kgF = 30 Nθ = 15°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 1,5 kg2 kgsem atrito

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 2 kg. A mesa não tem atrito. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio.

m1 = 1,5 kgm2 = 2 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = ?30°R = 75 m

Uma bola é lançada a partir do chão plano a 30° acima da horizontal e cai a 75 m de distância. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade de lançamento v0.

θ = 30°R = 75 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 15 mv0​ = 13 m/s45°x = ?

Uma bola é lançada a 45° acima da horizontal do topo de um penhasco de 15 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 13 m/sθ = 45°h = 15 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 140 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 140 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 140 mμs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
R = 7,5 mh = 33,75 m

Um carrinho de 1,5 kg é solto do repouso a uma altura de 33,75 m em um trilho sem atrito e passa por um loop vertical de raio 7,5 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força normal Nbottom do trilho sobre o carrinho na base do loop.

m = 1,5 kgh = 33,75 mR = 7,5 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.Trabalho e energiaMédia
30°d = 8 mμ = 0,25

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 30° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 8 m ao longo da rampa.

θ = 30°μ = 0,25d = 8 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
3 kg4 kgμ = 0,15d = 1 m

Um bloco de 3 kg repousa sobre uma mesa horizontal áspera (μ = 0,15). Um fio leve vai dele, passando por uma polia lisa na borda da mesa, até um bloco pendurado de 4 kg. O sistema é solto do repouso. Encontre a velocidade v dos blocos depois que o bloco pendurado desceu 1 m.

m1 = 3 kgm2 = 4 kgμ = 0,15d = 1 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
3 kg2 m/s4,5 kg

Um carrinho de 3 kg a 2 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 4,5 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′2 do segundo carrinho após a colisão.

m1 = 3 kgm2 = 4,5 kgv1 = 2 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
2 kgv = ?12 g35°L = 1,9 m

Um projétil de 12 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 2 kg pendurado por fios leves de 1,9 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 = 2 kgL = 1,9 mθ = 35°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
L = 1,6 mm = 9 kgα

Uma barra esbelta uniforme de massa 9 kg e comprimento 1,6 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 sua aceleração angular α logo após ser solta.

m = 9 kgL = 1,6 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
0,9 m0,15 mn1​ = 20 rpm

Uma pessoa está em uma plataforma giratória sem atrito e segura um haltere de 1 kg em cada mão, a 0,9 m do eixo. A pessoa e a plataforma sozinhas têm momento de inércia de 2,5 kg·m² em relação ao eixo. Elas giram a 20 rpm e então puxam os halteres para 0,15 m do eixo. Trate os halteres como massas pontuais. Encontre a nova velocidade n2 em rpm.

I0 = 2,5 kg·m²m = 2 × 1 kgr1 = 0,9 mr2 = 0,15 mn1 = 20 rpm
n2 = rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
Tw​ = ?z = 4, 1440 rpm

Um motor de 1,1 kW a 1440 rpm aciona um parafuso sem-fim com 4 entrada(s). A coroa tem 60 dentes e a transmissão tem eficiência de 70%. Encontre o torque de saída Tw no eixo da coroa.

z = 4Nw = 60n = 1440 rpmP = 1,1 kWη = 70%
Tw = N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 200 mmd2​ = 300 mm720 rpmC = 1000 mmθ = ?

Uma correia aberta liga uma polia de 200 mm e uma polia de 300 mm cujos centros estão a 1000 mm de distância. Encontre o ângulo de abraçamento θ na polia menor, em graus.

d1 = 200 mmd2 = 300 mmC = 1000 mm
θ = °
17.Molas e pêndulosMédia
t (s)x (cm)0,6 s

Uma massa de 2,4 kg presa a uma mola com k = 400 N/m é puxada 3 cm no sentido positivo e solta do repouso em t = 0. Encontre seu deslocamento x a partir do equilíbrio em t = 0,6 s (com sinal).

m = 2,4 kgk = 400 N/mA = 3 cmt = 0,6 s
x = cm
18.Molas e pêndulosDifícil
2,5 kgk = 330 N/mA = 13 cm

Uma massa de 2,5 kg presa a uma mola com k = 330 N/m é deslocada 13 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule a energia total E da oscilação.

m = 2,5 kgk = 330 N/mA = 13 cm
E = J
19.Vibrações mecânicasMédia
tx30 mm4 ciclos14,1 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 30 mm é seguido, 4 ciclos depois, por um pico de 14,1 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 30 mmx4 = 14,1 mmn = 4
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 15k2​ = 20m = 40 kg

Uma massa de 40 kg está pendurada em duas molas ligadas uma após a outra (em série): a mola superior tem k₁ = 15 kN/m e a inferior k₂ = 20 kN/m. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 40 kgk1 = 15 kN/mk2 = 20 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: a = 0,778 m/s²

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

v = 220/3,6 = 61,11 m/s

Aceleração

a = v²/(2s) = 61,11²/(2·2400) = 0,778 m/s²

Resposta

a = 0,778 m/s²
2.Cinemática

Resposta: s = 259,4 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 = 2,5·5 = 12,5 m/s

Distância de cada fase

s1 = ½·2,5·5² = 31,25 m
s2 = 12,5·17 = 212,5 m
s3 = 12,5²/(2·5) = 15,63 m

Distância total

s = 31,25 + 212,5 + 15,63 = 259,4 m

Resposta

s = 259,4 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 1,091 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 = 98,1 − 30·sin 15° = 90,34 N

Forças horizontais

m·a = F·cos θ − μ·N = 28,98 − 18,07
a = 10,91/10 = 1,091 m/s²

Resposta

a = 1,091 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 8,409 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.

Aceleração do sistema

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (19,62 − 0)/3,5 = 5,606 m/s²

Tração a partir do bloco na mesa

T − μ·m1·g = m1·a
T = 1,5·5,606 + 0 = 8,409 N

Resposta

T = 8,409 N
5.Movimento de projéteis

Resposta: v0 = 29,15 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.

Resolva a fórmula do alcance para v₀

v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·75/sin 60°) = 29,15 m/s

Resposta

v0 = 29,15 m/s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 26,85 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 = 13·cos 45° = 9,192 m/s
vy = v0·sin θ = 13·sin 45° = 9,192 m/s

Tempo no ar

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

0 = 15 + 9,192·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (9,192 + √(84,5 + 294,3))/9,81 = 2,921 s

Distância horizontal

x = vx·t = 9,192·2,921 = 26,85 m

Resposta

x = 26,85 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 20,3 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) = √(0,3·9,81·140) = 20,3 m/s

Resposta

vmax = 20,3 m/s (73,07 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: Nbottom = 147,2 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 = 2·9,81·33,75 = 662,2 m²/s²

Forças

Em direção ao centro é positivo.

N = m·v²/R + m·g = 1,5·662,2/7,5 + 14,71 = 147,2 N

Resposta

Nbottom = 147,2 N
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 6,671 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 = √(2·9,81·8·(0,5 − 0,25·0,866)) = 6,671 m/s

Resposta

v = 6,671 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 3,154 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 = 39,24·1 = 39,24 J
μ·m₁g·d = 0,15·29,43·1 = 4,414 J

Energia cinética dos dois blocos

½(m₁ + m₂)v² = 34,83 → v = √(2·34,83/7) = 3,154 m/s

Resposta

v = 3,154 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = 1,6 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.

Colisão elástica com alvo em repouso

Resolver juntas a conservação da quantidade de movimento e da energia dá estes dois resultados.

v′1 = (3 − 4,5)/(3 + 4,5)·2 = −0,4 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 4,5)·2 = 1,6 m/s

Resposta

v′2 = 1,6 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 435,3 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) = 1,9·(1 − cos 35°) = 0,3436 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,3436) = 2,596 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 2,012·2,596/0,012 = 435,3 m/s

Resposta

v = 435,3 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: α = 9,197 rad/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/(2·1,6) = 9,197 rad/s²

Resposta

α = 9,197 rad/s²
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: n2 = 32,38 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 = 2,5 + 2·1·0,9² = 4,12 kg·m²
I2 = 2,5 + 2·1·0,15² = 2,545 kg·m²

Conservação da quantidade de movimento angular

n2 = n1·I1/I2 = 20·4,12/2,545 = 32,38 rpm

Resposta

n2 = 32,38 rpm

A energia cinética aumenta: a energia extra vem do trabalho que a pessoa realiza ao puxar os halteres.

15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: Tw = 76,59 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.

Rotação da coroa

nw = n·z/Nw = 1440·4/60 = 96 rpm

Torque de saída

ωw = 2π·96/60 = 10,05 rad/s
Tw = η·P/ωw = 0,7·1100/10,05 = 76,59 N·m

Resposta

Tw = 76,59 N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: θ = 174,3 °

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(0,05) = 2,866°

Ângulo de abraçamento

θ = 180 − 2·2,866 = 174,3°

Resposta

θ = 174,3°
17.Molas e pêndulos

Resposta: x = 0,3234 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.

Frequência angular

ω = √(400/2,4) = 12,91 rad/s
ω·t = 12,91·0,6 = 7,746 rad

Deslocamento

x = A·cos(ω·t) = 3·cos(7,746) = 0,3234 cm

Resposta

x = 0,3234 cm
18.Molas e pêndulos

Resposta: E = 2,788 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 = √(330/2,5) = 11,49 rad/s

Energia

E = ½·k·A² = ½·330·0,13² = 2,788 J

Resposta

E = 2,788 J
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,03003

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 = (1/4)·ln(30/14,1) = 0,1888

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,1888/√(39,48 + 0,03563) = 0,03003

Resposta

ζ = 0,03003
20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 8,571 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 em série compartilham a mesma força e somam suas deflexões, então se combinam pelos inversos: 1/k = 1/k1 + 1/k2.

1/keq = 1/15 + 1/20 → keq = 15·20/(15 + 20) = 8,571 kN/m

Resposta

keq = 8,571 kN/m

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics