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)1,429 s10

Um carro a 36 km/h freia com desaceleração constante de 7 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 36 km/ha = −7 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
AB: 23 m/s50 m

A bola A é solta do repouso de uma altura de 50 m. No mesmo instante a bola B é lançada verticalmente para cima a partir do chão, logo abaixo, a 23 m/s. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Quando as bolas se encontram? Encontre t.

H = 50 mv0B = 23 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
θ = 20°a = ?m = 6 kg

Um bloco de 6 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 20° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 6 kgθ = 20°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 10 kg2 kgμ = 0,1

Um bloco de 10 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. 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 = 10 kgm2 = 2 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 40 m/s55°alcance

Uma bola é lançada a 55° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 40 m/sθ = 55°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 25 mv0​ = 31 m/s15°x = ?

Uma bola é lançada a 15° acima da horizontal do topo de um penhasco de 25 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 31 m/sθ = 15°h = 25 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
θ = ?para o centro100 km/h

Um engenheiro rodoviário quer que os carros façam uma curva de raio 390 m a 100 km/h sem depender do atrito. Use g = 9,81 m/s². Encontre o ângulo de sobrelevação θ.

r = 390 mv = 100 km/hg = 9,81 m/s²
θ = °
8.Movimento circularDifícil
θ = 15°para o centrovmax​ = ?

Uma curva de raio 150 m tem sobrelevação de 15°, e o coeficiente de atrito estático entre os pneus e a estrada é 0,4. 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 = 150 mθ = 15°μs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
0,5 kgk = 2000 N/mh = ?

Um lançador de brinquedo tem uma mola vertical de rigidez 2000 N/m. Uma bola de 0,5 kg é colocada sobre ela e a mola é comprimida 8 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 = 0,5 kgk = 2000 N/mx = 8 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 2,5 mL = 1,5 mμ = 0,15k = 4000 N/m

Um bloco de 10 kg é solto do repouso na altura 2,5 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 1,5 m (μ = 0,15) e depois encontra uma mola (k = 4000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 10 kgh = 2,5 mL = 1,5 mμ = 0,15k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
3 kg11 m/s4,5 kg

Um carrinho de 3 kg a 11 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 kgm2 = 4,5 kgv1 = 11 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1700 kg11 m/s800 kg19 m/sθ = ?

Em um cruzamento, um carro de 1700 kg que vai para leste a 11 m/s colide com um carro de 800 kg que vai para norte a 19 m/s. Os carros ficam presos um ao outro. Encontre a direção θ dos destroços logo após a colisão, medida a partir do leste em direção ao norte.

m1 = 1700 kgv1 = 11 m/s (E)m2 = 800 kgv2 = 19 m/s (N)
θ = °
13.Rotação de corpo rígidoMédia
n = 1900 rpmTb​ = 55 N·mI = 22 kg·m²

Um volante com momento de inércia de 22 kg·m² gira a 1900 rpm. Um freio aplica um torque de atrito constante de 55 N·m. Quantas voltas N o volante dá antes de parar?

I = 22 kg·m²n = 1900 rpmTb = 55 N·m
N = rev
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
θ = 40°as = 3,5 m

Um corpo (esfera oca) rola sem deslizar por um plano inclinado de 40° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Ele parte do repouso. Quanto tempo t leva para rolar 3,5 m plano abaixo?

θ = 40°I = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²s = 3,5 m
t = s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 100 mmd2​ = 315 mm1500 rpmn2​ = ?

Uma polia de 100 mm a 1500 rpm aciona uma polia de 315 mm por uma correia com 3 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 1500 rpmd1 = 100 mmd2 = 315 mms = 3 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 24B = 25C = 24D = 32

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (24 dentes), no eixo de entrada girando a 960 rpm, aciona a engrenagem B (25 dentes). A engrenagem C (24 dentes) está fixada no mesmo eixo que B e aciona a engrenagem D (32 dentes) no eixo de saída. Calcule a rotação de saída nout.

nin = 960 rpmA = 24B = 25C = 24D = 32
nout = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
L = ?

Qual deve ser o comprimento de um pêndulo simples para ter período de 2,6 s? Use g = 9,81 m/s². Calcule L.

T = 2,6 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Molas e pêndulosDifícil
2,7 kgk = 260 N/mA = 8 cm

Uma massa de 2,7 kg presa a uma mola com k = 260 N/m é deslocada 8 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 2,7 kgk = 260 N/mA = 8 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 100 kN/mζ = 0,6m = 15 kg

Uma massa de 15 kg sobre uma mola com rigidez de 100 kN/m tem um amortecedor viscoso que dá um fator de amortecimento de 0,6. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.

m = 15 kgk = 100 kN/mζ = 0,6
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 20k2​ = 50m = 20 kg

Uma massa de 20 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 20 kN/m e k₂ = 50 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 20 kgk1 = 20 kN/mk2 = 50 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 7,143 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 = 36/3,6 = 10 m/s

Distância de frenagem

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 10²/(2·7) = 7,143 m

Resposta

s = 7,143 m
2.Cinemática

Resposta: t = 2,174 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.

50 − ½g·t² = 23·t − ½g·t² → t = 50/23 = 2,174 s

Resposta

t = 2,174 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 2,433 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° − 0,1·cos 20°) = 9,81·(0,342 − 0,09397) = 2,433 m/s²

Resposta

a = 2,433 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 17,98 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 − 9,81)/12 = 0,8175 m/s²

Tração a partir do bloco na mesa

T − μ·m1·g = m1·a
T = 10·0,8175 + 9,81 = 17,98 N

Resposta

T = 17,98 N
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 6,68 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 = 40·cos 55° = 22,94 m/s
vy = v0·sin θ = 40·sin 55° = 32,77 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·32,77/9,81 = 6,68 s

Resposta

t = 6,68 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 96,39 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 = 31·cos 15° = 29,94 m/s
vy = v0·sin θ = 31·sin 15° = 8,023 m/s

Tempo no ar

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

0 = 25 + 8,023·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (8,023 + √(64,37 + 490,5))/9,81 = 3,219 s

Distância horizontal

x = vx·t = 29,94·3,219 = 96,39 m

Resposta

x = 96,39 m
7.Movimento circular

Resposta: θ = 11,4 °

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.

Unidades

v = 100/3,6 = 27,78 m/s

Ângulo de sobrelevação

tan θ = v²/(r·g) = 27,78²/(390·9,81) = 0,2017
θ = 11,4°

Resposta

θ = 11,4°
8.Movimento circular

Resposta: vmax = 33,18 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 = √(150·9,81·0,6452/0,8624) = 33,18 m/s

Resposta

vmax = 33,18 m/s
(119,4 km/h)
9.Trabalho e energia

Resposta: h = 1,305 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 = 8 cm = 0,08 m
½kx² = ½·2000·0,08² = 6,4 J

Altura

m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
h = ½kx²/(mg) = 6,4/4,905 = 1,305 m

Resposta

h = 1,305 m
10.Trabalho e energia

Resposta: x = 33,4 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 = 98,1·(2,5 − 0,15·1,5) = 223,2 J

Compressão máxima

½kx² = 223,2 → x = √(2·223,2/4000) = 0,334 m = 33,4 cm

Resposta

x = 33,4 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′1 = −2,2 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)·11 = −2,2 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 4,5)·11 = 8,8 m/s

Resposta

v′1 = −2,2 m/s

O sinal negativo significa que o primeiro carrinho volta para trás.

12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: θ = 39,11 °

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 = 1700·11 = 18700 kg·m/s
py = 800·19 = 15200 kg·m/s

Direção

tan θ = py/px = 0,8128 → θ = 39,11°

Resposta

θ = 39,11°
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: N = 1260 rev

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·1900/60 = 199 rad/s

O trabalho do freio é igual à energia cinética

½·I·ω² = ½·22·199² = 435469 J
θ = 435469/55 = 7918 rad

Voltas

N = θ/2π = 1260 rev

Resposta

N = 1260 rev
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: t = 1,36 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.

Equações do movimento

m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0,6667·m·r²·(a/r) → f = 0,6667·m·a

Aceleração

a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 40°/1,667 = 3,783 m/s²

Tempo

s = ½·a·t² → t = √(2·3,5/3,783) = 1,36 s

Resposta

t = 1,36 s
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 461,9 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

1500·100/315 = 476,2 rpm

Com escorregamento

n2 = 476,2·0,97 = 461,9 rpm

Resposta

n2 = 461,9 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: nout = 691,2 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 = 960·24/25 = 921,6 rpm = nC

Segundo estágio

nout = 921,6·24/32 = 691,2 rpm

Resposta

nout = 691,2 rpm

relação total = 1,389 : 1

17.Molas e pêndulos

Resposta: L = 1,68 m

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.

Isole o comprimento

L = g·(T/2π)² = 9,81·(2,6/2π)² = 1,68 m

Resposta

L = 1,68 m
18.Molas e pêndulos

Resposta: amax = 7,704 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 = √(260/2,7) = 9,813 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,08·9,813² = 7,704 m/s²

Resposta

amax = 7,704 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: fd = 10,4 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 = √(100000/15) = 81,65 rad/s
fn = 81,65/(2π) = 12,99 Hz

Frequência natural amortecida

fd = fn·√(1 − ζ²) = 12,99·√(1 − 0,6²) = 10,4 Hz

Resposta

fd = 10,4 Hz
20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 70 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 lado a lado compartilham a deflexão e somam suas forças, então suas rigidezes simplesmente se somam: k = k1 + k2.

keq = 20 + 50 = 70 kN/m

Resposta

keq = 70 kN/m

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