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 36 km/h freia com desaceleração constante de 8 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.
v₀ = 36 km/ha = −8 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Um bonde parte do repouso e acelera a 3 m/s² durante 11 s, depois anda com velocidade constante durante 25 s e por fim freia a 2 m/s² até parar. Encontre a distância total s entre as duas paradas.
a1 = 3 m/s²t1 = 11 st2 = 25 sa3 = −2 m/s²
s = m
3.Leis de NewtonMédia
Um bloco de 10 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 45° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,15. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.
m = 10 kgθ = 45°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
Um bloco de 6 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 3 kg. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a mesa é 0,25. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio.
m1 = 6 kgm2 = 3 kgμ = 0,25g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
Uma bola é lançada a 60° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre a altura máxima H que a bola alcança.
v0 = 32 m/sθ = 60°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Movimento de projéteisDifícil
Uma bola é lançada a 35° acima da horizontal do topo de um penhasco de 45 m. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.
v0 = 14 m/sθ = 35°h = 45 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimento circularMédia
Um carro faz uma curva plana de raio 55 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,7. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.
r = 55 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
Uma bola de 0,8 kg presa a um fio de 1,4 m de comprimento gira em um círculo vertical. No ponto mais baixo, ela se move a 3 m/s. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio no ponto mais baixo.
m = 0,8 kgr = 1,4 mv = 3 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
Um lançador de brinquedo tem uma mola vertical de rigidez 2000 N/m. Uma bola de 0,25 kg é colocada sobre ela e a mola é comprimida 4 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 = 0,25 kgk = 2000 N/mx = 4 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Trabalho e energiaDifícil
Um bloco de 10 kg é solto do repouso na altura 4,5 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 4,5 m (μ = 0,2) e depois encontra uma mola (k = 2500 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.
m = 10 kgh = 4,5 mL = 4,5 mμ = 0,2k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
Um carro de 500 kg a 24 m/s colide com um carro parado de 1000 kg e os dois ficam presos um ao outro. Que porcentagem ΔK/K da energia cinética inicial é perdida?
m1 = 500 kgv1 = 24 m/sm2 = 1000 kgv2 = 0
ΔK/K = %
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
Um projétil de 12 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 1,5 kg pendurado por fios leves de 2 m e fica alojado nele. Os fios oscilam até um ângulo máximo de 10° com a vertical. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.
m = 12 gM = 1,5 kgL = 2 mθ = 10°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
Um motor leva um volante com momento de inércia de 4 kg·m² do repouso até 1300 rpm em 51 s. Desprezando as perdas, encontre a potência média Pavg que ele fornece, em kW.
I = 4 kg·m²n = 1300 rpmt = 51 s
Pavg = kW
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
Um corpo (aro fino) parte do repouso e rola sem deslizar por um plano inclinado de 35° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Encontre sua velocidade v depois de rolar 7,5 m ao longo do plano.
θ = 35°s = 7,5 mI = m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
Uma polia de 200 mm a 960 rpm aciona uma polia de 300 mm por uma correia com 1 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.
n1 = 960 rpmd1 = 200 mmd2 = 300 mms = 1 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (18 dentes), no eixo de entrada girando a 1440 rpm, aciona a engrenagem B (40 dentes). A engrenagem C (12 dentes) está fixada no mesmo eixo que B e aciona a engrenagem D (25 dentes) no eixo de saída. Calcule a rotação de saída nout.
nin = 1440 rpmA = 18B = 40C = 12D = 25
nout = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
Um pêndulo simples tem comprimento de 1,6 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.
L = 1,6 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
Uma massa presa a uma mola com k = 220 N/m oscila sobre uma superfície sem atrito com amplitude de 14 cm. Encontre sua energia cinética K quando ela está a 2 cm do equilíbrio.
k = 220 N/mA = 14 cmx = 2 cm
K = J
19.Vibrações mecânicasMédia
Uma massa de 20 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 200 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 200 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.
m = 20 kgk = 200 kN/mc = 200 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
Uma massa de 25 kg está pendurada em duas molas ligadas uma após a outra (em série): a mola superior tem k₁ = 10 kN/m e a inferior k₂ = 80 kN/m. Despreze o amortecimento e as massas das molas. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.
m = 25 kgk1 = 10 kN/mk2 = 80 kN/m
fn = Hz
3Soluções
1.Cinemática
Resposta: s = 6,25 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/(2·8) = 6,25 m
Resposta
s = 6,25 m
2.Cinemática
Resposta: s = 1279 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.
Velocidade máxima
v = a1·t1 = 3·11 = 33 m/s
Distância de cada fase
s1 = ½·3·11² = 181,5 m
s2 = 33·25 = 825 m
s3 = 33²/(2·2) = 272,3 m
Distância total
s = 181,5 + 825 + 272,3 = 1279 m
Resposta
s = 1279 m
3.Leis de Newton
Resposta: a = 5,896 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.
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 = 32·cos 60° = 16 m/s
vy = v0·sin θ = 32·sin 60° = 27,71 m/s
Ponto mais alto
No topo a velocidade vertical é zero: vy² = 2gH.
H = vy²/(2g) = 27,71²/(2·9,81) = 39,14 m
Resposta
H = 39,14 m
6.Movimento de projéteis
Resposta: t = 3,956 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 = 14·cos 35° = 11,47 m/s
vy = v0·sin θ = 14·sin 35° = 8,03 m/s
Tempo no ar
Resolva y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 para a raiz positiva.
0 = 45 + 8,03·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (8,03 + √(64,48 + 882,9))/9,81 = 3,956 s
Resposta
t = 3,956 s
7.Movimento circular
Resposta: vmax = 19,43 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) = √(0,7·9,81·55) = 19,43 m/s
Resposta
vmax = 19,43 m/s (69,96 km/h)
8.Movimento circular
Resposta: T = 12,99 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 = 0,8·9,81 + 0,8·3²/1,4 = 7,848 + 5,143 = 12,99 N
Resposta
T = 12,99 N
9.Trabalho e energia
Resposta: h = 0,6524 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 = 4 cm = 0,04 m
½kx² = ½·2000·0,04² = 1,6 J
Altura
m·g = 0,25·9,81 = 2,453 N
h = ½kx²/(mg) = 1,6/2,453 = 0,6524 m
Resposta
h = 0,6524 m
10.Trabalho e energia
Resposta: x = 53,15 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·(4,5 − 0,2·4,5) = 353,2 J
Compressão máxima
½kx² = 353,2 → x = √(2·353,2/2500) = 0,5315 m = 53,15 cm
Resposta
x = 53,15 cm
11.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: ΔK/K = 66,67 %
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.
Velocidade comum
v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 500·24/1500 = 8 m/s
Energia cinética antes e depois
Kbefore = ½·500·24² = 144000 J
Kafter = ½·1500·8² = 48000 J
Fração perdida
ΔK/K = 96000/144000 = 66,67 %
Resposta
ΔK/K = 66,67 %
A energia perdida vira deformação, calor e som.
12.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: v = 97,29 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.
Subida do bloco
h = L·(1 − cos θ) = 2·(1 − cos 10°) = 0,03038 m
Velocidade após o impacto
V = √(2·9,81·0,03038) = 0,7721 m/s
Colisão
v = (m + M)·V/m = 1,512·0,7721/0,012 = 97,29 m/s
Resposta
v = 97,29 m/s
13.Rotação de corpo rígido
Resposta: Pavg = 0,7268 kW
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·1300/60 = 136,1 rad/s
Energia
E = ½·I·ω² = ½·4·136,1² = 37066 J
Potência média
Pavg = E/t = 37066/51 = 726,8 W = 0,7268 kW
Resposta
Pavg = 0,7268 kW
14.Rotação de corpo rígido
Resposta: v = 6,496 m/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.
Altura da queda
h = s·sin θ = 7,5·sin 35° = 4,302 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 + 1)
v = √(2·9,81·4,302/2) = 6,496 m/s
Resposta
v = 6,496 m/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: n2 = 633,6 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
960·200/300 = 640 rpm
Com escorregamento
n2 = 640·0,99 = 633,6 rpm
Resposta
n2 = 633,6 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: nout = 311 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 = 1440·18/40 = 648 rpm = nC
Segundo estágio
nout = 648·12/25 = 311 rpm
Resposta
nout = 311 rpm
relação total = 4,63 : 1
17.Molas e pêndulos
Resposta: T = 2,537 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·√(1,6/9,81) = 2,537 s
Resposta
T = 2,537 s
18.Molas e pêndulos
Resposta: K = 2,112 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.
Energia total
E = ½·k·A² = ½·220·0,14² = 2,156 J
Energia da mola em x
U = ½·k·x² = ½·220·0,02² = 0,044 J
Energia cinética
K = 2,156 − 0,044 = 2,112 J
Resposta
K = 2,112 J
19.Vibrações mecânicas
Resposta: ζ = 0,05
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·√(200000·20) = 4000 N·s/m
Fator de amortecimento
ζ = c/cc = 200/4000 = 0,05
Resposta
ζ = 0,05
ζ < 1, então o sistema é subamortecido e oscila enquanto decai.
20.Vibrações mecânicas
Resposta: fn = 3,001 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.