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
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 100 km/h freia com desaceleração constante de 6,5 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.
v₀ = 100 km/ha = −6,5 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
A bola A é solta do repouso de uma altura de 35 m. No mesmo instante a bola B é lançada verticalmente para cima a partir do chão, logo abaixo, a 28 m/s. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Quando as bolas se encontram? Encontre t.
H = 35 mv0B = 28 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
Um trenó de 25 kg é puxado sobre neve plana por uma corda a 20° acima da horizontal com uma força de 130 N. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do trenó.
m = 25 kgF = 130 Nθ = 20°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 0,1. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio.
m1 = 1,5 kgm2 = 1,5 kgμ = 0,1g = 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 = 12 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Movimento de projéteisDifícil
Uma bola é lançada do nível do chão a 15 m/s e 70° acima da horizontal. Ela cai no telhado plano de um prédio de 4 m de altura, já descendo. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a distância horizontal x do ponto de lançamento até onde ela cai.
v₀ = 15 m/sθ = 70°hroof = 4 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
Em um rotor de parque de diversões, as pessoas ficam encostadas na parede de um cilindro vertical de raio 4 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 frequência de rotação n em rotações por minuto.
r = 4 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
n = rpm
8.Movimento circularDifícil
Uma bola de 1,9 kg presa a um fio de 0,9 m de comprimento gira em um círculo vertical. No ponto mais baixo, ela se move a 5 m/s. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio no ponto mais baixo.
m = 1,9 kgr = 0,9 mv = 5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 40° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,2. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 3 m ao longo da rampa.
θ = 40°μ = 0,2d = 3 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
Um bloco de 0,5 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 = 0,2) e depois encontra uma mola (k = 1500 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.
m = 0,5 kgh = 1,5 mL = 1 mμ = 0,2k = 1500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
Um carrinho de 3,5 kg a 5 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′1 do primeiro carrinho após a colisão (positiva no seu sentido original).
m1 = 3,5 kgm2 = 4,5 kgv1 = 5 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
Uma bola de 0,55 kg atinge uma parede a 13 m/s e volta em linha reta a 9 m/s. O contato dura 50 ms. Calcule o módulo do impulso J que a parede aplica à bola.
m = 0,55 kgvin = 13 m/svout = 9 m/sΔt = 50 ms
J = N·s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
Um bloco de 0,5 kg está pendurado em um cabo leve enrolado em uma polia, um disco maciço uniforme de massa 19,5 kg e raio 0,45 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 aceleração angular α da polia.
m = 0,5 kgM = 19,5 kgR = 0,45 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
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 0,1 m. Encontre sua velocidade angular ω depois de rolar 6 m ao longo do plano.
θ = 40°s = 6 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²r = 0,1 m
ω = rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
Uma polia de 150 mm a 960 rpm aciona uma polia de 250 mm por uma correia com 3 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.
n1 = 960 rpmd1 = 150 mmd2 = 250 mms = 3 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (12 dentes) no eixo de entrada gira a 1450 rpm e aciona a engrenagem B (48 dentes). A engrenagem C (12 dentes) está fixada no mesmo eixo de B e aciona a engrenagem D no eixo de saída. A saída deve girar a 290 rpm. Quantos dentes ND a engrenagem D deve ter?
nin = 1450 rpmA = 12B = 48C = 12nout = 290 rpm
ND =
17.Molas e pêndulosMédia
Um pêndulo simples tem comprimento de 2,6 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.
L = 2,6 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
Uma massa de 3,6 kg presa a uma mola com k = 370 N/m é deslocada 2 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.
m = 3,6 kgk = 370 N/mA = 2 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
Uma massa de 20 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 150 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 1040 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.
m = 20 kgk = 150 kN/mc = 1040 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
Uma massa de 40 kg está pendurada na mola k₃ = 30 kN/m. O topo de k₃ está preso a uma barra rígida que está pendurada em duas molas lado a lado, k₁ = 100 kN/m e k₂ = 5 kN/m; a barra permanece nivelada. Despreze o amortecimento e as massas das molas e da barra. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.
m = 40 kgk1 = 100 kN/mk2 = 5 kN/mk3 = 30 kN/m
fn = Hz
3Soluções
1.Cinemática
Resposta: s = 59,35 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 frenagem
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·6,5) = 59,35 m
Resposta
s = 59,35 m
2.Cinemática
Resposta: t = 1,25 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.
Instante do encontro
Para cima é positivo, o chão é y = 0.
35 − ½g·t² = 28·t − ½g·t² → t = 35/28 = 1,25 s
Resposta
t = 1,25 s
3.Leis de Newton
Resposta: a = 2,879 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 = 245,3 − 130·sin 20° = 200,8 N
Forças horizontais
m·a = F·cos θ − μ·N = 122,2 − 50,2
a = 71,96/25 = 2,879 m/s²
Resposta
a = 2,879 m/s²
4.Leis de Newton
Resposta: T = 8,093 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.
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 = 12·cos 70° = 4,104 m/s
vy = v0·sin θ = 12·sin 70° = 11,28 m/s
Tempo no ar
Partindo e chegando na mesma altura: t = 2vy/g.
t = 2·11,28/9,81 = 2,299 s
Distância horizontal
x = vx·t = 4,104·2,299 = 9,435 m
Resposta
x = 9,435 m
6.Movimento de projéteis
Resposta: x = 13,11 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
vx = 5,13 m/s, vy = 14,1 m/s
Tempo até cair no telhado
Raiz maior: a bola está descendo.
4 = 14,1·t − 4,905·t²
t = (14,1 + √(14,1² − 2·9,81·4))/9,81 = 2,554 s
Distância horizontal
x = vx·t = 5,13·2,554 = 13,11 m
Resposta
x = 13,11 m
7.Movimento circular
Resposta: n = 17,87 rpm
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/(0,7·4)) = 1,872 rad/s
Frequência de rotação
n = ω·60/(2π) = 17,87 rpm
Resposta
n = 17,87 rpm
8.Movimento circular
Resposta: T = 71,42 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 = 1,9·9,81 + 1,9·5²/0,9 = 18,64 + 52,78 = 71,42 N
Resposta
T = 71,42 N
9.Trabalho e energia
Resposta: v = 5,368 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 = √(2·9,81·3·(0,6428 − 0,2·0,766)) = 5,368 m/s
Resposta
v = 5,368 m/s
10.Trabalho e energia
Resposta: x = 9,221 cm
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 = 4,905·(1,5 − 0,2·1) = 6,377 J
Compressão máxima
½kx² = 6,377 → x = √(2·6,377/1500) = 0,09221 m = 9,221 cm
Resposta
x = 9,221 cm
11.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: v′1 = −0,625 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 = (3,5 − 4,5)/(3,5 + 4,5)·5 = −0,625 m/s
v′2 = 2·3,5/(3,5 + 4,5)·5 = 4,375 m/s
Resposta
v′1 = −0,625 m/s
O sinal negativo significa que o primeiro carrinho volta para trás.
12.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: J = 12,1 N·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.
Variação da quantidade de movimento
J = m·Δv = 0,55·(9 + 13) = 12,1 N·s
Resposta
J = 12,1 N·s
13.Rotação de corpo rígido
Resposta: α = 1,063 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.
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 = 6·sin 40° = 3,857 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 = √(2·9,81·3,857/1,4) = 7,352 m/s
ω = v/r = 7,352/0,1 = 73,52 rad/s
Resposta
ω = 73,52 rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: n2 = 558,7 rpm
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 sem escorregamento
960·150/250 = 576 rpm
Com escorregamento
n2 = 576·0,97 = 558,7 rpm
Resposta
n2 = 558,7 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: ND = 15
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 = 1450·12/48 = 362,5 rpm
Dentes da engrenagem D
ND = C·nC/nout = 12·362,5/290 = 15
Resposta
ND = 15
17.Molas e pêndulos
Resposta: T = 3,235 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.
Período do pêndulo
T = 2π·√(2,6/9,81) = 3,235 s
Resposta
T = 3,235 s
18.Molas e pêndulos
Resposta: amax = 2,056 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.
Frequência angular
ω = √(370/3,6) = 10,14 rad/s
Aceleração máxima
amax = A·ω² = 0,02·10,14² = 2,056 m/s²
Resposta
amax = 2,056 m/s²
19.Vibrações mecânicas
Resposta: ζ = 0,3002
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·√(150000·20) = 3464 N·s/m
Fator de amortecimento
ζ = c/cc = 1040/3464 = 0,3002
Resposta
ζ = 0,3002
ζ < 1, então o sistema é subamortecido e oscila enquanto decai.
20.Vibrações mecânicas
Resposta: fn = 3,844 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
Só k1 e k2 estão em paralelo. Esse par está em série com k3, então combine-os pelos inversos.