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 s33,33

Uma motorista a 120 km/h vê um obstáculo. Seu tempo de reação é 1 s, depois do qual o carro freia com desaceleração constante de 4 m/s². Encontre a distância total de parada d a partir do momento em que ela vê o obstáculo.

v₀ = 120 km/htr = 1 sa = −4 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 17 m/s5 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 17 m/s da beira de um telhado a 5 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 = 17 m/sh₀ = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
40 kg40°F = 190 Nμ = 0,4

Um trenó de 40 kg é puxado sobre neve plana por uma corda a 40° acima da horizontal com uma força de 190 N. O coeficiente de atrito cinético é 0,4. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do trenó.

m = 40 kgF = 190 Nθ = 40°μ = 0,4g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 9 kg1,5 kgsem atrito

Um bloco de 9 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. A mesa não tem atrito. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 9 kgm2 = 1,5 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 10 m/s20°x = ?

Uma bola é lançada a 20° 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 = 10 m/sθ = 20°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 10 mv0​ = 12 m/s20°alcance

Uma bola é lançada a 20° acima da horizontal do topo de um penhasco de 10 m. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 12 m/sθ = 20°h = 10 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimento circularMédia
r = 55 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 55 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 = 55 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 1,4 mv = ?

Uma bola presa a um fio de 1,4 m de comprimento gira em um círculo vertical. Use g = 9,81 m/s². Qual é a menor velocidade vmin no topo para a qual o fio ainda permanece esticado?

r = 1,4 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
60°L = 1 m1 kg

Uma bola de 1 kg está pendurada em um fio leve de comprimento 1 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 = 1 kgL = 1 mθ = 60°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Trabalho e energiaDifícil
3 kg4 kgμ = 0,4d = 1 m

Um bloco de 3 kg repousa sobre uma mesa horizontal áspera (μ = 0,4). 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 = 0,4d = 1 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
1,5 kgv = ?8 gh = 18 cm

Um projétil de 8 g é disparado horizontalmente contra um bloco de madeira de 1,5 kg pendurado por fios leves e fica alojado nele. O bloco oscila para cima até ficar 18 cm mais alto que no início. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 8 gM = 1,5 kgh = 18 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
25 m/s15 m/s

Uma bola de 0,25 kg atinge uma parede a 25 m/s e volta em linha reta a 15 m/s. O contato dura 40 ms. Calcule o módulo do impulso J que a parede aplica à bola.

m = 0,25 kgvin = 25 m/svout = 15 m/sΔt = 40 ms
J = N·s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
ω = ?2,5 kgL = 0,7 mm = 5 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 5 kg e comprimento 0,7 m está articulada em uma extremidade e é solta do repouso na posição horizontal. Uma pequena bola de massa 2,5 kg está fixada na sua extremidade livre. Despreze o atrito e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade angular ω da barra ao passar pela posição vertical.

m = 5 kgL = 0,7 mmball = 2,5 kgg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
1 m/sω

Um corpo (esfera maciça) de massa 1,5 kg rola sem deslizar a 1 m/s. Que porcentagem p da sua energia cinética total é de rotação?

m = 1,5 kgv = 1 m/sI = (2/5)·m·r²
p = %
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 120 mmd2​ = 300 mm2880 rpmT1​ = 500 NT2​ = 250 NP = ?

Uma correia passa por uma polia motora de 120 mm a 2880 rpm. A tração é de 500 N no lado tracionado e de 250 N no lado frouxo. Encontre a potência P transmitida, em kW.

d1 = 120 mmn1 = 2880 rpmT1 = 500 NT2 = 250 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 20B = 48C = 30D = 80

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (20 dentes), no eixo de entrada girando a 1440 rpm, aciona a engrenagem B (48 dentes). A engrenagem C (30 dentes) está fixada no mesmo eixo que B e aciona a engrenagem D (80 dentes) no eixo de saída. Calcule a rotação de saída nout.

nin = 1440 rpmA = 20B = 48C = 30D = 80
nout = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
3,7 kgk = 30 N/mA = 4 cmx = 3 cm

Uma massa de 3,7 kg presa a uma mola com k = 30 N/m oscila sobre uma superfície sem atrito com amplitude de 4 cm. Encontre sua velocidade v quando ela está a 3 cm do equilíbrio.

m = 3,7 kgk = 30 N/mA = 4 cmx = 3 cm
v = m/s
18.Molas e pêndulosDifícil
3,8 kgk = 380 N/mA = 20 cm

Uma massa de 3,8 kg presa a uma mola com k = 380 N/m é deslocada 20 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule a energia total E da oscilação.

m = 3,8 kgk = 380 N/mA = 20 cm
E = J
19.Vibrações mecânicasMédia
tx30 mm1 ciclo21,9 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 30 mm é seguido, um ciclo depois, por um pico de 21,9 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 30 mmx1 = 21,9 mmn = 1
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 25k2​ = 12m = 50 kg

Uma massa de 50 kg está pendurada em duas molas ligadas uma após a outra (em série): a mola superior tem k₁ = 25 kN/m e a inferior k₂ = 12 kN/m. Despreze o amortecimento e as massas das molas. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.

m = 50 kgk1 = 25 kN/mk2 = 12 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: d = 172,2 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 = 120/3,6 = 33,33 m/s

Distância de reação

d1 = v₀·tr = 33,33·1 = 33,33 m

Distância de frenagem

d2 = v₀²/(2a) = 33,33²/(2·4) = 138,9 m

Total

d = 33,33 + 138,9 = 172,2 m

Resposta

d = 172,2 m
2.Cinemática

Resposta: t = 3,739 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.

−5 = 17·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 17·t − 5 = 0

Resolva a equação do segundo grau

Só a raiz positiva tem sentido físico.

t = (17 + √(17² + 2·9,81·5))/9,81 = 3,739 s

Resposta

t = 3,739 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 0,936 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 = 392,4 − 190·sin 40° = 270,3 N

Forças horizontais

m·a = F·cos θ − μ·N = 145,5 − 108,1
a = 37,44/40 = 0,936 m/s²

Resposta

a = 0,936 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: a = 1,401 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) = (14,71 − 0)/10,5 = 1,401 m/s²

Resposta

a = 1,401 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: x = 6,552 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 = 10·cos 20° = 9,397 m/s
vy = v0·sin θ = 10·sin 20° = 3,42 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·3,42/9,81 = 0,6973 s

Distância horizontal

x = vx·t = 9,397·0,6973 = 6,552 m

Resposta

x = 6,552 m
6.Movimento de projéteis

Resposta: t = 1,906 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 = 12·cos 20° = 11,28 m/s
vy = v0·sin θ = 12·sin 20° = 4,104 m/s

Tempo no ar

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

0 = 10 + 4,104·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (4,104 + √(16,84 + 196,2))/9,81 = 1,906 s

Resposta

t = 1,906 s
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 20,78 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) = √(0,8·9,81·55) = 20,78 m/s

Resposta

vmax = 20,78 m/s (74,79 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmin = 3,706 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.

Tração nula no topo

m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·1,4) = 3,706 m/s

Resposta

vmin = 3,706 m/s
9.Trabalho e energia

Resposta: T = 19,62 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) = 2·9,81·1·(1 − cos 60°) = 9,81 m²/s²

Forças embaixo

m·g = 1·9,81 = 9,81 N
T = mg + mv²/L = 9,81 + 1·9,81/1 = 19,62 N

Resposta

T = 19,62 N

Verificação: T = mg(3 − 2cos θ) = 19,62 N.

10.Trabalho e energia

Resposta: v = 2,801 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 = 0,4·29,43·1 = 11,77 J

Energia cinética dos dois blocos

½(m₁ + m₂)v² = 27,47 → v = √(2·27,47/7) = 2,801 m/s

Resposta

v = 2,801 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 354,2 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.

Oscilação após o impacto

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,18) = 1,879 m/s

Colisão

m·v = (m + M)·V → v = (0,008 + 1,5)·1,879/0,008 = 354,2 m/s

Resposta

v = 354,2 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: J = 10 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 = 0,25·(15 + 25) = 10 N·s

Resposta

J = 10 N·s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 5,8 rad/s

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.

Perda de energia potencial

m·g·L/2 + mball·g·L = 5·9,81·0,35 + 2,5·9,81·0,7 = 34,34 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 + mball·L² = 0,8167 + 1,225 = 2,042 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 34,34 → ω = √(2·34,34/2,042) = 5,8 rad/s

Resposta

ω = 5,8 rad/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: p = 28,57 %

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.

Partes de translação e de rotação

Etrans = ½·m·v² = ½·1,5·1² = 0,75 J
Erot = ½·I·ω² = ½·0,4·m·r²·(v/r)² = 0,4·0,75 = 0,3 J

Parcela de rotação

p = 0,3/1,05·100% = c/(1 + c)·100% = 28,57%

Resposta

p = 28,57 %

A parcela depende apenas da forma, não da massa nem da velocidade.

15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 4,524 kW

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 da correia

v = 18,1 m/s

Potência

P = (500 − 250)·18,1 = 4524 W = 4,524 kW

Resposta

P = 4,524 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: nout = 225 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 = 1440·20/48 = 600 rpm = nC

Segundo estágio

nout = 600·30/80 = 225 rpm

Resposta

nout = 225 rpm

relação total = 6,4 : 1

17.Molas e pêndulos

Resposta: v = 0,07534 m/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.

Frequência angular

ω = √(30/3,7) = 2,847 rad/s

Velocidade em x

v = ω·√(A² − x²) = 2,847·√(0,04² − 0,03²) = 0,07534 m/s

Resposta

v = 0,07534 m/s
18.Molas e pêndulos

Resposta: E = 7,6 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 = √(380/3,8) = 10 rad/s

Energia

E = ½·k·A² = ½·380·0,2² = 7,6 J

Resposta

E = 7,6 J
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,05003

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 = (1/1)·ln(30/21,9) = 0,3147

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,3147/√(39,48 + 0,09904) = 0,05003

Resposta

ζ = 0,05003
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 2,027 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

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

1/keq = 1/25 + 1/12 → keq = 25·12/(25 + 12) = 8,108 kN/m

Frequência natural

ωn = √(8108/50) = 12,73 rad/s
fn = 12,73/(2π) = 2,027 Hz

Resposta

fn = 2,027 Hz

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