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)3,125 s12,5

Um carro a 45 km/h freia com desaceleração constante de 4 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 45 km/ha = −4 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
t (s)v (m/s)4 s

Um bonde parte do repouso e acelera a 2,5 m/s² durante 4 s, depois anda com velocidade constante durante 25 s e por fim freia a 5 m/s² até parar. Encontre o tempo total de percurso t.

a1 = 2,5 m/s²t1 = 4 st2 = 25 sa3 = −5 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
caixav₀ = 5 m/sμ = ?

Uma caixa desliza sobre um piso horizontal com velocidade inicial de 5 m/s e para após 6,4 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre o coeficiente de atrito cinético μ.

v₀ = 5 m/sd = 6,4 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Leis de NewtonDifícil
θ = 35°blocov₀ = 10,5 m/s

Um bloco recebe um empurrão e começa a subir uma rampa a 35° com velocidade de 10,5 m/s. O coeficiente de atrito cinético é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Que distância d ao longo da rampa ele desliza antes de parar?

v₀ = 10,5 m/sθ = 35°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
d = m
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 24 m/sθ = ?R = 25 m

Uma bola é lançada a partir do chão plano a 24 m/s e deve cair a 25 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 = 24 m/sR = 25 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 60 mv0​ = 27 m/s45°alcance

Uma bola é lançada a 45° acima da horizontal do topo de um penhasco de 60 m. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 27 m/sθ = 45°h = 60 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimento circularMédia
r = 100 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 100 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 = 100 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 0,5 mv = 5,5 m/s

Uma bola de 0,9 kg presa a um fio de 0,5 m de comprimento gira em um círculo vertical. No ponto mais baixo, ela se move a 5,5 m/s. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio no ponto mais baixo.

m = 0,9 kgr = 0,5 mv = 5,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
35°d = 12 mμ = 0,35

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 35° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,35. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 12 m ao longo da rampa.

θ = 35°μ = 0,35d = 12 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
2 kg5 kgμ = 0,3d = 2,5 m

Um bloco de 2 kg repousa sobre uma mesa horizontal áspera (μ = 0,3). Um fio leve vai dele, passando por uma polia lisa na borda da mesa, até um bloco pendurado de 5 kg. O sistema é solto do repouso. Encontre a velocidade v dos blocos depois que o bloco pendurado desceu 2,5 m.

m1 = 2 kgm2 = 5 kgμ = 0,3d = 2,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
4,5 kg9 m/s3 kg

Um carrinho de 4,5 kg a 9 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 3 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′2 do segundo carrinho após a colisão.

m1 = 4,5 kgm2 = 3 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1 kgv = ?10 g25°L = 1,9 m

Um projétil de 10 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 1 kg pendurado por fios leves de 1,9 m e fica alojado nele. Os fios oscilam até um ângulo máximo de 25° com a vertical. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 10 gM = 1 kgL = 1,9 mθ = 25°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
13 kgaαM = 18 kgR = 0,35 m

Um bloco de 13 kg está pendurado em um cabo leve enrolado em uma polia, um disco maciço uniforme de massa 18 kg e raio 0,35 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 velocidade v do bloco depois de cair 2,5 m.

m = 13 kgM = 18 kgR = 0,35 mg = 9,81 m/s²h = 2,5 m
v = m/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
480 m/s35 g0,77 mL = 1,3 m7 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 7 kg e comprimento 1,3 m pende em repouso de um pivô sem atrito na sua extremidade superior. Um projétil de 35 g que se move horizontalmente a 480 m/s atinge a barra 0,77 m abaixo do pivô e fica cravado nela. Encontre a velocidade angular ω da barra logo após o impacto.

M = 7 kgL = 1,3 mm = 35 gv = 480 m/sd = 0,77 m
ω = rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 24N2​ = 40

Um motor de 11 kW girando a 2900 rpm aciona um pinhão com 24 dentes, que engrena com uma engrenagem de 40 dentes. O par de engrenagens tem rendimento de 98%. Calcule o torque T1 no eixo do motor.

P = 11 kWn1 = 2900 rpmN1 = 24N2 = 40η = 98%
T1 = N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 125 mmd2​ = 300 mm960 rpmC = 1000 mmT1​ = 500 NT2​P = ?

Uma correia aberta liga uma polia motora de 125 mm a 960 rpm a uma polia de 300 mm; os centros estão a 1000 mm de distância. O coeficiente de atrito é 0,3 e a tração no lado tracionado não pode exceder 500 N. Encontre a maior potência P que a correia pode transmitir sem escorregar, em kW (ignore os efeitos centrífugos).

d1 = 125 mmn1 = 960 rpmd2 = 300 mmC = 1000 mmμ = 0,3T1 = 500 N
P = kW
17.Molas e pêndulosMédia
L = 2,9 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 2,9 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 2,9 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
1,5 kgk = 130 N/m

Uma massa de 1,5 kg é presa à extremidade inferior de uma mola vertical não deformada com k = 130 N/m e solta do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre a maior velocidade vmax da massa.

m = 1,5 kgk = 130 N/mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
19.Vibrações mecânicasMédia
tx25 mm4 ciclos11,8 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 25 mm é seguido, 4 ciclos depois, por um pico de 11,8 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 25 mmx4 = 11,8 mmn = 4
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 10k2​ = 20m = 100 kg

Uma massa de 100 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 10 kN/m e k₂ = 20 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 100 kgk1 = 10 kN/mk2 = 20 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 19,53 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 = 45/3,6 = 12,5 m/s

Distância de frenagem

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 12,5²/(2·4) = 19,53 m

Resposta

s = 19,53 m
2.Cinemática

Resposta: t = 31 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.

Velocidade máxima

v = a1·t1 = 2,5·4 = 10 m/s

Tempo de frenagem

t3 = v/a3 = 10/5 = 2 s

Tempo total

t = 4 + 25 + 2 = 31 s

Resposta

t = 31 s
3.Leis de Newton

Resposta: μ = 0,1991

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.

Desaceleração

a = v₀²/(2d) = 5²/(2·6,4) = 1,953 m/s²

Coeficiente de atrito

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 1,953/9,81 = 0,1991

Resposta

μ = 0,1991
4.Leis de Newton

Resposta: d = 6,858 m

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.

Desaceleração

As duas forças apontam rampa abaixo; a massa se cancela.

a = 9,81·(sin 35° + 0,3·cos 35°) = 8,038 m/s²

Distância

d = v₀²/(2a) = 10,5²/(2·8,038) = 6,858 m

Resposta

d = 6,858 m
5.Movimento de projéteis

Resposta: θ = 12,6 °

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 = 9,81·25/24² = 0,4258

Ângulo

2θ = 25,2° → θ = 12,6°

Resposta

θ = 12,6°

A outra solução é 90° − θ = 77,4°.

6.Movimento de projéteis

Resposta: t = 5,949 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 = 27·cos 45° = 19,09 m/s
vy = v0·sin θ = 27·sin 45° = 19,09 m/s

Tempo no ar

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

0 = 60 + 19,09·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (19,09 + √(364,5 + 1177))/9,81 = 5,949 s

Resposta

t = 5,949 s
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 28,01 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) = √(0,8·9,81·100) = 28,01 m/s

Resposta

vmax = 28,01 m/s (100,9 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: T = 63,28 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 = 0,9·9,81 + 0,9·5,5²/0,5 = 8,829 + 54,45 = 63,28 N

Resposta

T = 63,28 N
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 8,218 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).

Balanço de energia ao longo da rampa

O bloco desce uma altura d·sin θ enquanto o atrito remove μmg·cos θ·d. A massa se cancela.

½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·12·(0,5736 − 0,35·0,8192)) = 8,218 m/s

Resposta

v = 8,218 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 5,553 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 = 49,05·2,5 = 122,6 J
μ·m₁g·d = 0,3·19,62·2,5 = 14,71 J

Energia cinética dos dois blocos

½(m₁ + m₂)v² = 107,9 → v = √(2·107,9/7) = 5,553 m/s

Resposta

v = 5,553 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = 10,8 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 = (4,5 − 3)/(4,5 + 3)·9 = 1,8 m/s
v′2 = 2·4,5/(4,5 + 3)·9 = 10,8 m/s

Resposta

v′2 = 10,8 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 188,8 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) = 1,9·(1 − cos 25°) = 0,178 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,178) = 1,869 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 1,01·1,869/0,01 = 188,8 m/s

Resposta

v = 188,8 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: v = 5,384 m/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.

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) = 13·9,81/(13 + 9) = 5,797 m/s²

Velocidade depois da queda

v = √(2·a·h) = √(2·5,797·2,5) = 5,384 m/s

Resposta

v = 5,384 m/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 3,263 rad/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.

Momento de inércia após o impacto

I = M·L²/3 + m·d² = 7·1,3²/3 + 0,035·0,77² = 3,964 kg·m²

Quantidade de movimento angular em relação ao pivô

A força do pivô passa pelo pivô, então não tem momento ali durante o impacto.

m·v·d = I·ω → ω = 0,035·480·0,77/3,964 = 3,263 rad/s

Resposta

ω = 3,263 rad/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: T1 = 36,22 N·m

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.

Torque do motor

ω₁ = 2π·2900/60 = 303,7 rad/s
T1 = P/ω₁ = 11000/303,7 = 36,22 N·m

Resposta

T1 = 36,22 N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 1,851 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.

Ângulo de abraçamento

θ = 2,966 rad

Tração do lado frouxo

eμθ = e0,8899 = 2,435, T₂ = 500/2,435 = 205,3 N

Potência

P = (500 − 205,3)·6,283 = 1,851 kW

Resposta

P = 1,851 kW
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 3,416 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·√(2,9/9,81) = 3,416 s

Resposta

T = 3,416 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: vmax = 1,054 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.

Equilíbrio e amplitude

x₀ = m·g/k = 1,5·9,81/130 = 0,1132 m = A

Maior velocidade

A velocidade é máxima no equilíbrio.

ω = √(130/1,5) = 9,309 rad/s
vmax = A·ω = 0,1132·9,309 = 1,054 m/s

Resposta

vmax = 1,054 m/s
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,02986

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 = (1/4)·ln(25/11,8) = 0,1877

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,1877/√(39,48 + 0,03523) = 0,02986

Resposta

ζ = 0,02986
20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 30 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 = 10 + 20 = 30 kN/m

Resposta

keq = 30 kN/m

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