Dinâmica: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 20 exercícios, com soluções completas no final.

Novos exercíciosVoltar à disciplina

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

  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)t = ?12,5

Um carro a 45 km/h freia com desaceleração constante de 5,5 m/s² até parar. Quanto tempo dura a frenagem? Calcule t.

v₀ = 45 km/ha = −5,5 m/s²v = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 5 m/s40 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 5 m/s da beira de um telhado a 40 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 = 5 m/sh₀ = 40 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
40 kg40°F = 160 Nμ = 0,3

Um trenó de 40 kg é puxado sobre neve plana por uma corda a 40° acima da horizontal com uma força de 160 N. O coeficiente de atrito cinético é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do trenó.

m = 40 kgF = 160 Nθ = 40°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
8 kg3 kgTF = 25 Nμ = 0,2

Dois blocos sobre um piso horizontal estão ligados por um fio horizontal leve. Uma força horizontal de 25 N puxa o bloco da frente, de 3 kg; o bloco de 8 kg é rebocado atrás. O coeficiente de atrito cinético é 0,2 para os dois blocos. Use g = 9,81 m/s². Encontre a tração T no fio de ligação.

m1 = 8 kgm2 = 3 kgF = 25 Nμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 40 m/sθ = ?R = 105 m

Uma bola é lançada a partir do chão plano a 40 m/s e deve cair a 105 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 = 40 m/sR = 105 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 55 mv0​ = 21 m/s45°x = ?

Uma bola é lançada a 45° acima da horizontal do topo de um penhasco de 55 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 21 m/sθ = 45°h = 55 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
L = 0,3 m15°

Uma pequena bola presa a um fio de comprimento 0,3 m se move em um círculo horizontal de modo que o fio forma um ângulo constante de 15° com a vertical (um pêndulo cônico). Use g = 9,81 m/s². Encontre o tempo T de uma volta.

L = 0,3 mθ = 15°g = 9,81 m/s²
T = s
8.Movimento circularDifícil
R = 2,5 mh = 8,75 m

Um carrinho de 4,5 kg é solto do repouso a uma altura de 8,75 m em um trilho sem atrito e passa por um loop vertical de raio 2,5 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força normal Nbottom do trilho sobre o carrinho na base do loop.

m = 4,5 kgh = 8,75 mR = 2,5 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.Trabalho e energiaMédia
0,25 kgk = 400 N/mh = ?

Um lançador de brinquedo tem uma mola vertical de rigidez 400 N/m. Uma bola de 0,25 kg é colocada sobre ela e a mola é comprimida 10 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 = 400 N/mx = 10 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 4,5 mL = 1 mμ = 0,2k = 5000 N/m

Um bloco de 1 kg é solto do repouso na altura 4,5 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 1 m (μ = 0,2) e depois encontra uma mola (k = 5000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 1 kgh = 4,5 mL = 1 mμ = 0,2k = 5000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
3,5 kgv = ?20 gh = 21 cm

Um projétil de 20 g é disparado horizontalmente contra um bloco de madeira de 3,5 kg pendurado por fios leves e fica alojado nele. O bloco oscila para cima até ficar 21 cm mais alto que no início. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 20 gM = 3,5 kgh = 21 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1000 kg8 m/s1900 kg8 m/sv′ = ?

Em um cruzamento, um carro de 1000 kg que vai para leste a 8 m/s colide com um carro de 1900 kg que vai para norte a 8 m/s. Os carros ficam presos um ao outro. Encontre a velocidade v′ dos destroços logo após a colisão.

m1 = 1000 kgv1 = 8 m/s (E)m2 = 1900 kgv2 = 8 m/s (N)
v′ = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
8 kgaαM = 11,5 kgR = 0,35 m

Um bloco de 8 kg está pendurado em um cabo leve enrolado em uma polia, um disco maciço uniforme de massa 11,5 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 aceleração a do bloco.

m = 8 kgM = 11,5 kgR = 0,35 mg = 9,81 m/s²
a = m/s²
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
8,5 m/sω

Um corpo (aro fino) de massa 17 kg rola sem deslizar a 8,5 m/s. Encontre sua energia cinética total Ek.

m = 17 kgv = 8,5 m/sI = m·r²
Ek = J
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 16N2​ = 60

Um motor de 2,2 kW girando a 2900 rpm aciona um pinhão com 16 dentes, que engrena com uma engrenagem de 60 dentes. Desconsidere as perdas. Calcule o torque T1 no eixo do motor.

P = 2,2 kWn1 = 2900 rpmN1 = 16N2 = 60η = 100%
T1 = N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 150 mmd2​ = 400 mm1500 rpmC = 500 mmθ = ?

Uma correia aberta liga uma polia de 150 mm e uma polia de 400 mm cujos centros estão a 500 mm de distância. Encontre o ângulo de abraçamento θ na polia menor, em graus.

d1 = 150 mmd2 = 400 mmC = 500 mm
θ = °
17.Molas e pêndulosMédia
L = 1,6 mT = 4,12 s

Um astronauta em outro planeta verifica que um pêndulo simples de 1,6 m tem período de 4,12 s para pequenas oscilações. Encontre a aceleração da gravidade g nesse planeta.

L = 1,6 mT = 4,12 s
g = m/s²
18.Molas e pêndulosDifícil
2 kgk = 700 N/m300 m/s

Um projétil de 8 g a 300 m/s atinge e fica alojado em um bloco de 2 kg em repouso sobre uma superfície sem atrito. O bloco está preso a uma mola horizontal com k = 700 N/m. Encontre a amplitude A da oscilação resultante em cm.

m = 8 gv = 300 m/sM = 2 kgk = 700 N/m
A = cm
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 10 kN/mζ = 0,45m = 50 kg

Uma massa de 50 kg sobre uma mola com rigidez de 10 kN/m tem um amortecedor viscoso que dá um fator de amortecimento de 0,45. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.

m = 50 kgk = 10 kN/mζ = 0,45
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 80k2​ = 30m = 50 kg

Uma massa de 50 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 80 kN/m e k₂ = 30 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 50 kgk1 = 80 kN/mk2 = 30 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: t = 2,273 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.

Unidades

v₀ = 45/3,6 = 12,5 m/s

Tempo de frenagem

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 12,5/5,5 = 2,273 s

Resposta

t = 2,273 s
2.Cinemática

Resposta: t = 3,41 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.

−40 = 5·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 5·t − 40 = 0

Resolva a equação do segundo grau

Só a raiz positiva tem sentido físico.

t = (5 + √(5² + 2·9,81·40))/9,81 = 3,41 s

Resposta

t = 3,41 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 0,8925 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 − 160·sin 40° = 289,6 N

Forças horizontais

m·a = F·cos θ − μ·N = 122,6 − 86,87
a = 35,7/40 = 0,8925 m/s²

Resposta

a = 0,8925 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 18,18 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.

Sistema inteiro

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (25 − 21,58)/11 = 0,3107 m/s²

Só o bloco de trás

T = m1·(a + μ·g) = 8·(0,3107 + 1,962) = 18,18 N

Resposta

T = 18,18 N

Com o mesmo μ nos dois blocos, o atrito sai da conta: T = F·m₁/(m₁ + m₂).

5.Movimento de projéteis

Resposta: θ = 20,04 °

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 = 9,81·105/40² = 0,6438

Ângulo

2θ = 40,07° → θ = 20,04°

Resposta

θ = 20,04°

A outra solução é 90° − θ = 69,96°.

6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 77,05 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 = 21·cos 45° = 14,85 m/s
vy = v0·sin θ = 21·sin 45° = 14,85 m/s

Tempo no ar

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

0 = 55 + 14,85·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (14,85 + √(220,5 + 1079))/9,81 = 5,189 s

Distância horizontal

x = vx·t = 14,85·5,189 = 77,05 m

Resposta

x = 77,05 m
7.Movimento circular

Resposta: T = 1,08 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 = 0,3·sin 15° = 0,07765 m

Velocidade

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

v = √(r·g·tan θ) = √(0,07765·9,81·tan 15°) = 0,4518 m/s

Período

T = 2π·r/v = 2π·0,07765/0,4518 = 1,08 s

Resposta

T = 1,08 s
8.Movimento circular

Resposta: Nbottom = 353,2 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 pela conservação da energia

v² = 2·9,81·8,75 = 171,7 m²/s²

Forças

Em direção ao centro é positivo.

N = m·v²/R + m·g = 4,5·171,7/2,5 + 44,15 = 353,2 N

Resposta

Nbottom = 353,2 N
9.Trabalho e energia

Resposta: h = 0,8155 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 = 10 cm = 0,1 m
½kx² = ½·400·0,1² = 2 J

Altura

m·g = 0,25·9,81 = 2,453 N
h = ½kx²/(mg) = 2/2,453 = 0,8155 m

Resposta

h = 0,8155 m
10.Trabalho e energia

Resposta: x = 12,99 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 = 9,81·(4,5 − 0,2·1) = 42,18 J

Compressão máxima

½kx² = 42,18 → x = √(2·42,18/5000) = 0,1299 m = 12,99 cm

Resposta

x = 12,99 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 357,2 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) = √(2·9,81·0,21) = 2,03 m/s

Colisão

m·v = (m + M)·V → v = (0,02 + 3,5)·2,03/0,02 = 357,2 m/s

Resposta

v = 357,2 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′ = 5,923 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.

Componentes da quantidade de movimento

px = 1000·8 = 8000 kg·m/s
py = 1900·8 = 15200 kg·m/s

Velocidade dos destroços

v′ = √(px² + py²)/(m1 + m2) = 17177/2900 = 5,923 m/s

Resposta

v′ = 5,923 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: a = 5,708 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.

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) = 8·9,81/(8 + 5,75) = 5,708 m/s²

Resposta

a = 5,708 m/s²
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: Ek = 1228 J

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 = ½·17·8,5² = 614,1 J
Erot = ½·I·ω² = ½·1·m·r²·(v/r)² = 1·614,1 = 614,1 J

Total

Ek = 614,1 + 614,1 = 1228 J

Resposta

Ek = 1228 J
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: T1 = 7,244 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 = 2200/303,7 = 7,244 N·m

Resposta

T1 = 7,244 N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: θ = 151 °

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(0,25) = 14,48°

Ângulo de abraçamento

θ = 180 − 2·14,48 = 151°

Resposta

θ = 151°
17.Molas e pêndulos

Resposta: g = 3,721 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 = 4π²·1,6/4,12² = 3,721 m/s²

Resposta

g = 3,721 m/s²
18.Molas e pêndulos

Resposta: A = 6,401 cm

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.

Velocidade após o impacto

V = m·v/(m + M) = 0,008·300/2,008 = 1,195 m/s

Frequência angular

ω = √(k/(m + M)) = √(700/2,008) = 18,67 rad/s

Amplitude

A = V/ω = 1,195/18,67 = 0,06401 m = 6,401 cm

Resposta

A = 6,401 cm
19.Vibrações mecânicas

Resposta: fd = 2,01 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 = √(10000/50) = 14,14 rad/s
fn = 14,14/(2π) = 2,251 Hz

Frequência natural amortecida

fd = fn·√(1 − ζ²) = 2,251·√(1 − 0,45²) = 2,01 Hz

Resposta

fd = 2,01 Hz
20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 110 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 = 80 + 30 = 110 kN/m

Resposta

keq = 110 kN/m

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics