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
a = ?s = 1000 m

Um avião precisa de uma velocidade de 180 km/h para decolar e a pista utilizável tem 1000 m de comprimento. Partindo do repouso, de que aceleração constante a ele precisa?

v₀ = 0v = 180 km/hs = 1000 m
a = m/s²
2.CinemáticaDifícil
AB: 30 m/s30 m

A bola A é solta do repouso de uma altura de 30 m. No mesmo instante a bola B é lançada verticalmente para cima a partir do chão, logo abaixo, a 30 m/s. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Quando as bolas se encontram? Encontre t.

H = 30 mv0B = 30 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
θ = 25°a = ?m = 5 kg

Um bloco de 5 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 25° 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 = 5 kgθ = 25°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 9,5 kg5 kgμ = 0,1

Um bloco de 9,5 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 5 kg. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a mesa é 0,1. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 9,5 kgm2 = 5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 20 m/sθ = ?R = 30 m

Uma bola é lançada a partir do chão plano a 20 m/s e deve cair a 30 m de distância. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre o menor dos dois ângulos de lançamento possíveis θ.

v₀ = 20 m/sR = 30 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 5 mv0​ = 13 m/s55°alcance

Uma bola é lançada a 55° acima da horizontal do topo de um penhasco de 5 m. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 13 m/sθ = 55°h = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimento circularMédia
L = 1,2 m45°

Uma pequena bola presa a um fio de comprimento 1,2 m se move em um círculo horizontal de modo que o fio forma um ângulo constante de 45° com a vertical (um pêndulo cônico). Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v da bola.

L = 1,2 mθ = 45°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 0,8 m11 m/svtop​ = ?

Uma bola de 1,9 kg presa a um fio leve de 0,8 m é girada em um círculo vertical. No ponto mais baixo sua velocidade é 11 m/s. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a tração Ttop no fio no ponto mais alto.

m = 1,9 kgr = 0,8 mvbottom = 11 m/sg = 9,81 m/s²
Ttop = N
9.Trabalho e energiaMédia
60°L = 2 m5 kg

Uma bola de 5 kg está pendurada em um fio leve de comprimento 2 m. Ela é afastada até o fio formar 60° com a vertical e solta do repouso. Encontre a tração T no fio quando a bola passa pelo ponto mais baixo.

m = 5 kgL = 2 mθ = 60°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 17,5 mR = 5 mN = ?

Um carrinho de 0,5 kg é solto do repouso a uma altura de 17,5 m em um trilho liso que leva a um loop circular vertical de raio 5 m. Encontre a força normal N que o trilho exerce sobre o carrinho no topo do loop.

m = 0,5 kgh = 17,5 mR = 5 mg = 9,81 m/s²
N = N
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
4,5 kgv = ?15 gh = 6 cm

Um projétil de 15 g é disparado horizontalmente contra um bloco de madeira de 4,5 kg pendurado por fios leves e fica alojado nele. O bloco oscila para cima até ficar 6 cm mais alto que no início. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 15 gM = 4,5 kgh = 6 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
18 m/s8 m/s

Uma bola de 0,1 kg atinge uma parede a 18 m/s e volta em linha reta a 8 m/s. O contato dura 40 ms. Calcule o módulo do impulso J que a parede aplica à bola.

m = 0,1 kgvin = 18 m/svout = 8 m/sΔt = 40 ms
J = N·s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
L = 0,7 mm = 12 kgα

Uma barra esbelta uniforme de massa 12 kg e comprimento 0,7 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 aceleração atip da extremidade livre logo após ser solta.

m = 12 kgL = 0,7 mg = 9,81 m/s²
atip = m/s²
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
0,8 m0,2 mn1​ = 25 rpm

Uma pessoa está em uma plataforma giratória sem atrito e segura um haltere de 2,5 kg em cada mão, a 0,8 m do eixo. A pessoa e a plataforma sozinhas têm momento de inércia de 4 kg·m² em relação ao eixo. Elas giram a 25 rpm e então puxam os halteres para 0,2 m do eixo. Trate os halteres como massas pontuais. Encontre a nova velocidade n2 em rpm.

I0 = 4 kg·m²m = 2 × 2,5 kgr1 = 0,8 mr2 = 0,2 mn1 = 25 rpm
n2 = rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 80 mmd2​ = 400 mm1450 rpmn2​ = ?

Uma polia de 80 mm a 1450 rpm aciona uma polia de 400 mm por uma correia com 1,5 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 1450 rpmd1 = 80 mmd2 = 400 mms = 1,5 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 80 mmd2​ = 200 mm2880 rpmC = 600 mmθ = ?

Uma correia aberta liga uma polia de 80 mm e uma polia de 200 mm cujos centros estão a 600 mm de distância. Encontre o ângulo de abraçamento θ na polia menor, em graus.

d1 = 80 mmd2 = 200 mmC = 600 mm
θ = °
17.Molas e pêndulosMédia
L = 0,7 mT = 2,73 s

Um astronauta em outro planeta verifica que um pêndulo simples de 0,7 m tem período de 2,73 s para pequenas oscilações. Encontre a aceleração da gravidade g nesse planeta.

L = 0,7 mT = 2,73 s
g = m/s²
18.Molas e pêndulosDifícil
2,7 kgk = 150 N/mA = 7 cm

Uma massa de 2,7 kg presa a uma mola com k = 150 N/m é deslocada 7 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 2,7 kgk = 150 N/mA = 7 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 8 kN/mζ = 0,4m = 8 kg

Uma massa de 8 kg sobre uma mola com rigidez de 8 kN/m tem um amortecedor viscoso que dá um fator de amortecimento de 0,4. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.

m = 8 kgk = 8 kN/mζ = 0,4
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 30k2​ = 50m = 25 kg

Uma massa de 25 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 30 kN/m e k₂ = 50 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 25 kgk1 = 30 kN/mk2 = 50 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: a = 1,25 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 = 180/3,6 = 50 m/s

Aceleração

a = v²/(2s) = 50²/(2·1000) = 1,25 m/s²

Resposta

a = 1,25 m/s²
2.Cinemática

Resposta: t = 1 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.

30 − ½g·t² = 30·t − ½g·t² → t = 30/30 = 1 s

Resposta

t = 1 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 2,368 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 25° − 0,2·cos 25°) = 9,81·(0,4226 − 0,1813) = 2,368 m/s²

Resposta

a = 2,368 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: a = 2,74 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.

Aceleração do sistema

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (49,05 − 9,32)/14,5 = 2,74 m/s²

Resposta

a = 2,74 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: θ = 23,69 °

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.

Fórmula do alcance

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·30/20² = 0,7358

Ângulo

2θ = 47,37° → θ = 23,69°

Resposta

θ = 23,69°

A outra solução é 90° − θ = 66,31°.

6.Movimento de projéteis

Resposta: t = 2,568 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 = 13·cos 55° = 7,456 m/s
vy = v0·sin θ = 13·sin 55° = 10,65 m/s

Tempo no ar

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

0 = 5 + 10,65·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (10,65 + √(113,4 + 98,1))/9,81 = 2,568 s

Resposta

t = 2,568 s
7.Movimento circular

Resposta: v = 2,885 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.

Raio do círculo

r = L·sin θ = 1,2·sin 45° = 0,8485 m

Velocidade

Tração e gravidade juntas dão a força para dentro: tan θ = v²/(r·g).

v = √(r·g·tan θ) = √(0,8485·9,81·tan 45°) = 2,885 m/s

Resposta

v = 2,885 m/s
8.Movimento circular

Resposta: Ttop = 194,2 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 no topo

Energia cinética é trocada por energia potencial ao longo de uma altura 2r.

vtop² = 11² − 4·9,81·0,8 = 89,61 m²/s²

Forças no topo

Tração e gravidade apontam ambas para baixo, em direção ao centro.

T + m·g = m·vtop²/r
T = 1,9·89,61/0,8 − 1,9·9,81 = 194,2 N

Resposta

Ttop = 194,2 N
9.Trabalho e energia

Resposta: T = 98,1 N

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). Em uma trajetória circular a força resultante em direção ao centro deve ser igual a mv²/r.

Velocidade embaixo

v² = 2gL(1 − cos θ) = 2·9,81·2·(1 − cos 60°) = 19,62 m²/s²

Forças embaixo

m·g = 5·9,81 = 49,05 N
T = mg + mv²/L = 49,05 + 5·19,62/2 = 98,1 N

Resposta

T = 98,1 N

Verificação: T = mg(3 − 2cos θ) = 98,1 N.

10.Trabalho e energia

Resposta: N = 9,81 N

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). Em uma trajetória circular a força resultante em direção ao centro deve ser igual a mv²/r.

Velocidade no topo

v² = 2g(h − 2R) = 2·9,81·(17,5 − 10) = 147,2 m²/s²

Forças no topo

m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
N = mv²/R − mg = 0,5·147,2/5 − 4,905 = 9,81 N

Resposta

N = 9,81 N

O carrinho completa o loop no limite quando h = 2,5R; então N = 0 no topo.

11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 326,6 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.

Oscilação após o impacto

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,06) = 1,085 m/s

Colisão

m·v = (m + M)·V → v = (0,015 + 4,5)·1,085/0,015 = 326,6 m/s

Resposta

v = 326,6 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: J = 2,6 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 = 0,1·(8 + 18) = 2,6 N·s

Resposta

J = 2,6 N·s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: atip = 14,71 m/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/(2·0,7) = 21,02 rad/s²

Aceleração da extremidade livre

atip = α·L = 21,02·0,7 = 14,71 m/s²

Resposta

atip = 14,71 m/s²

atip = 1,5·g para qualquer comprimento: a extremidade livre cai mais rápido que uma pedra solta.

14.Rotação de corpo rígido

Resposta: n2 = 42,86 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 = 4 + 2·2,5·0,8² = 7,2 kg·m²
I2 = 4 + 2·2,5·0,2² = 4,2 kg·m²

Conservação da quantidade de movimento angular

n2 = n1·I1/I2 = 25·7,2/4,2 = 42,86 rpm

Resposta

n2 = 42,86 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: n2 = 285,6 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

1450·80/400 = 290 rpm

Com escorregamento

n2 = 290·0,985 = 285,6 rpm

Resposta

n2 = 285,6 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: θ = 168,5 °

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(0,1) = 5,739°

Ângulo de abraçamento

θ = 180 − 2·5,739 = 168,5°

Resposta

θ = 168,5°
17.Molas e pêndulos

Resposta: g = 3,708 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 = 4π²·0,7/2,73² = 3,708 m/s²

Resposta

g = 3,708 m/s²
18.Molas e pêndulos

Resposta: amax = 3,889 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 = √(150/2,7) = 7,454 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,07·7,454² = 3,889 m/s²

Resposta

amax = 3,889 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: fd = 4,613 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 = √(8000/8) = 31,62 rad/s
fn = 31,62/(2π) = 5,033 Hz

Frequência natural amortecida

fd = fn·√(1 − ζ²) = 5,033·√(1 − 0,4²) = 4,613 Hz

Resposta

fd = 4,613 Hz
20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 80 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 = 30 + 50 = 80 kN/m

Resposta

keq = 80 kN/m

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