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)9,259 s27,78

Um carro a 100 km/h freia com desaceleração constante de 3 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 100 km/ha = −3 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 20 m/s30 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 20 m/s da beira de um telhado a 30 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 = 30 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
10 kg35°F = 30 Nμ = 0,25

Um trenó de 10 kg é puxado sobre neve plana por uma corda a 35° acima da horizontal com uma força de 30 N. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do trenó.

m = 10 kgF = 30 Nθ = 35°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 2,5 kg9 kgθ = 20°

Um bloco de 2,5 kg em uma rampa a 20° está ligado por um fio leve, passando por uma polia sem atrito no topo da rampa, a uma massa pendurada de 9 kg. A massa pendurada desce. A rampa não tem atrito. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio.

m1 = 2,5 kgm2 = 9 kgθ = 20°μ = 0g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 28 m/s50°x = ?

Uma bola é lançada a 50° 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 = 28 m/sθ = 50°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 55 mv0​ = 34 m/s25°x = ?

Uma bola é lançada a 25° acima da horizontal do topo de um penhasco de 55 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 34 m/sθ = 25°h = 55 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 135 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 135 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,8. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 135 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
θ = 12°para o centrovmax​ = ?

Uma curva de raio 190 m tem sobrelevação de 12°, e o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a estrada é 0,25. Use g = 9,81 m/s². Encontre a maior velocidade vmax com que um carro pode fazer a curva sem deslizar para cima e para fora.

r = 190 mθ = 12°μs = 0,25g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
25°d = 13 mμ = 0,2

Um bloco de 2,5 kg desliza 13 m por uma rampa a 25° da horizontal, com coeficiente de atrito cinético de 0,2. Encontre o trabalho Wf realizado contra o atrito.

m = 2,5 kgθ = 25°μ = 0,2d = 13 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 3,5 mL = 5 mμ = 0,2k = 5000 N/m

Um bloco de 0,5 kg é solto do repouso na altura 3,5 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 5 m (μ = 0,2) e depois encontra uma mola (k = 5000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a velocidade v do bloco quando chega à mola.

m = 0,5 kgh = 3,5 mL = 5 mμ = 0,2k = 5000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
3 kg28 m/s2 kgv′2​ = ?

Um projétil de 5 kg que se move horizontalmente a 6 m/s explode em dois fragmentos que se movem ao longo da mesma reta. O fragmento de 3 kg continua para a frente a 28 m/s. Encontre a velocidade v′2 do fragmento de 2 kg (positiva no sentido original).

M = 5 kgu = 6 m/sm1 = 3 kgv′1 = 28 m/sm2 = 2 kg
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1200 kg8 m/s2000 kg21 m/sv′ = ?

Em um cruzamento, um carro de 1200 kg que vai para leste a 8 m/s colide com um carro de 2000 kg que vai para norte a 21 m/s. Os carros ficam presos um ao outro. Encontre a velocidade v′ dos destroços logo após a colisão.

m1 = 1200 kgv1 = 8 m/s (E)m2 = 2000 kgv2 = 21 m/s (N)
v′ = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
14,5 kgaαM = 7,5 kgR = 0,2 m

Um bloco de 14,5 kg está pendurado em um cabo leve enrolado em uma polia, um disco maciço uniforme de massa 7,5 kg e raio 0,2 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 = 14,5 kgM = 7,5 kgR = 0,2 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
disco: 2 kganel: 3 kgn1​ = 850 rpm

Um disco maciço uniforme (massa 2 kg, raio 0,1 m) gira livremente a 850 rpm em torno de um eixo vertical sem atrito. Um anel fino de massa 3 kg e mesmo raio é solto sobre ele a partir do repouso, centrado no eixo, e os dois logo passam a girar juntos. Encontre a velocidade comum n2 deles em rpm.

Mdisc = 2 kgMring = 3 kgR = 0,1 mn1 = 850 rpm
n2 = rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 200 mmd2​ = 450 mm1440 rpmn2​ = ?

Uma polia de 200 mm a 1440 rpm aciona uma polia de 450 mm por uma correia com 4 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 1440 rpmd1 = 200 mmd2 = 450 mms = 4 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 16B = 72C = 36D = 60

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (16 dentes), no eixo de entrada girando a 1450 rpm, aciona a engrenagem B (72 dentes). A engrenagem C (36 dentes) está fixada no mesmo eixo que B e aciona a engrenagem D (60 dentes) no eixo de saída. Calcule a rotação de saída nout.

nin = 1450 rpmA = 16B = 72C = 36D = 60
nout = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
L = 0,6 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 0,6 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 0,6 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
1,1 kgk = 320 N/mA = 18 cm

Uma massa de 1,1 kg presa a uma mola com k = 320 N/m é deslocada 18 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 1,1 kgk = 320 N/mA = 18 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 4 kN/mc = 60 N·s/mm = 20 kg

Uma massa de 20 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 4 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 60 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.

m = 20 kgk = 4 kN/mc = 60 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 100k2​ = 50m = 25 kg

Uma massa de 25 kg está pendurada em duas molas ligadas uma após a outra (em série): a mola superior tem k₁ = 100 kN/m e a inferior k₂ = 50 kN/m. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 25 kgk1 = 100 kN/mk2 = 50 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 128,6 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/(2·3) = 128,6 m

Resposta

s = 128,6 m
2.Cinemática

Resposta: t = 5,244 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.

−30 = 20·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 20·t − 30 = 0

Resolva a equação do segundo grau

Só a raiz positiva tem sentido físico.

t = (20 + √(20² + 2·9,81·30))/9,81 = 5,244 s

Resposta

t = 5,244 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 0,4351 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 35° = 80,89 N

Forças horizontais

m·a = F·cos θ − μ·N = 24,57 − 20,22
a = 4,351/10 = 0,4351 m/s²

Resposta

a = 0,4351 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 25,76 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.

Forças ao longo do fio

m₂·g = 88,29 N
m₁·g·sin θ = 8,388 N
μ·m₁·g·cos θ = 0 N

Aceleração do sistema

a = (88,29 − 8,388 − 0)/11,5 = 6,948 m/s²

Tração pela massa pendurada

m2·g − T = m2·a → T = 9·(9,81 − 6,948) = 25,76 N

Resposta

T = 25,76 N
5.Movimento de projéteis

Resposta: x = 78,7 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 = 28·cos 50° = 18 m/s
vy = v0·sin θ = 28·sin 50° = 21,45 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·21,45/9,81 = 4,373 s

Distância horizontal

x = vx·t = 18·4,373 = 78,7 m

Resposta

x = 78,7 m
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 157,8 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 25° = 30,81 m/s
vy = v0·sin θ = 34·sin 25° = 14,37 m/s

Tempo no ar

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

0 = 55 + 14,37·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (14,37 + √(206,5 + 1079))/9,81 = 5,12 s

Distância horizontal

x = vx·t = 30,81·5,12 = 157,8 m

Resposta

x = 157,8 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 32,55 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) = √(0,8·9,81·135) = 32,55 m/s

Resposta

vmax = 32,55 m/s (117,2 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmax = 30,18 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.

Equilíbrios de forças

O atrito aponta para baixo na inclinação.

N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g

Velocidade

v = √(190·9,81·0,4524/0,9262) = 30,18 m/s

Resposta

vmax = 30,18 m/s
(108,6 km/h)
9.Trabalho e energia

Resposta: Wf = 57,79 J

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).

Força de atrito

N = mg·cos θ = 24,53·0,9063 = 22,23 N
F = μN = 0,2·22,23 = 4,445 N

Trabalho contra o atrito

Wf = F·d = 4,445·13 = 57,79 J

Resposta

Wf = 57,79 J
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 7,004 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 = 4,905·(3,5 − 0,2·5) = 12,26 J

Velocidade na mola

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·2,5) = 7,004 m/s

Resposta

v = 7,004 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = −27 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.

Quantidade de movimento antes

p = M·u = 5·6 = 30 kg·m/s

Quantidade de movimento depois

30 = 3·28 + 2·v′2
v′2 = (30 − 84)/2 = −27 m/s

Resposta

v′2 = −27 m/s

O sinal de menos significa que o segundo fragmento voa para trás.

12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′ = 13,46 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.

Componentes da quantidade de movimento

px = 1200·8 = 9600 kg·m/s
py = 2000·21 = 42000 kg·m/s

Velocidade dos destroços

v′ = √(px² + py²)/(m1 + m2) = 43083/3200 = 13,46 m/s

Resposta

v′ = 13,46 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: α = 38,97 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.

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) = 14,5·9,81/(14,5 + 3,75) = 7,794 m/s²

Aceleração angular

α = a/R = 7,794/0,2 = 38,97 rad/s²

Resposta

α = 38,97 rad/s²
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: n2 = 212,5 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 = ½·2·0,1² = 0,01 kg·m²
I2 = 3·0,1² = 0,03 kg·m²

Conservação da quantidade de movimento angular

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 850·0,01/0,04 = 212,5 rpm

Resposta

n2 = 212,5 rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 614,4 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

1440·200/450 = 640 rpm

Com escorregamento

n2 = 640·0,96 = 614,4 rpm

Resposta

n2 = 614,4 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: nout = 193,3 rpm

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.

Primeiro estágio

nB = 1450·16/72 = 322,2 rpm = nC

Segundo estágio

nout = 322,2·36/60 = 193,3 rpm

Resposta

nout = 193,3 rpm

relação total = 7,5 : 1

17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 1,554 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·√(0,6/9,81) = 1,554 s

Resposta

T = 1,554 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: amax = 52,36 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 = √(320/1,1) = 17,06 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,18·17,06² = 52,36 m/s²

Resposta

amax = 52,36 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,1061

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·√(4000·20) = 565,7 N·s/m

Fator de amortecimento

ζ = c/cc = 60/565,7 = 0,1061

Resposta

ζ = 0,1061

ζ < 1, então o sistema é subamortecido e oscila enquanto decai.

20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 33,33 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 = 1/100 + 1/50 → keq = 100·50/(100 + 50) = 33,33 kN/m

Resposta

keq = 33,33 kN/m

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