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)3,333 s10

Um carro a 36 km/h freia com desaceleração constante de 3 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 36 km/ha = −3 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
a = 24 m/s²

Um foguete-modelo é lançado verticalmente para cima a partir do repouso. Seu motor lhe dá uma aceleração constante para cima de 24 m/s² durante 1,5 s, depois disso o motor desliga e o foguete se move livremente. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a altura máxima hmax que o foguete atinge.

a = 24 m/s²t1 = 1,5 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
9,5 kg6,5 kg

Massas de 9,5 kg e 6,5 kg estão penduradas dos dois lados de uma polia leve e sem atrito, ligadas por um fio leve. O sistema é solto do repouso. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio.

m1 = 9,5 kgm2 = 6,5 kgg = 9,81 m/s²
T = N
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 3,5 kg4 kgμ = 0,3

Um bloco de 3,5 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 4 kg. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a mesa é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.

m1 = 3,5 kgm2 = 4 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 10 m/s40°alcanceH = ?

Uma bola é lançada a 40° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre a altura máxima H que a bola alcança.

v0 = 10 m/sθ = 40°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Movimento de projéteisDifícil
17 mv0​ = 38 m/s45°x = ?

Uma bola é lançada do nível do chão a 38 m/s e 45° acima da horizontal. Ela cai no telhado plano de um prédio de 17 m de altura, já descendo. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a distância horizontal x do ponto de lançamento até onde ela cai.

v₀ = 38 m/sθ = 45°hroof = 17 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 45 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 45 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,4. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 45 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 1,3 mv = ?

Uma bola presa a um fio de 1,3 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 = 1,3 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
25°d = 6 mμ = 0,15

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 25° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,15. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 6 m ao longo da rampa.

θ = 25°μ = 0,15d = 6 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
F = 25 N15°μ = 0,15 kg

Um bloco de 5 kg parte do repouso na base de uma rampa de 15° e é puxado rampa acima por uma força constante de 25 N paralela à rampa. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Encontre a velocidade v do bloco depois de ele subir 6 m pela rampa.

m = 5 kgF = 25 Nθ = 15°μ = 0,1d = 6 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
2 kg9 m/s4,5 kg

Um carrinho de 2 kg a 9 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 4,5 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′1 do primeiro carrinho após a colisão (positiva no seu sentido original).

m1 = 2 kgm2 = 4,5 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
2 kgv = ?15 g15°L = 1 m

Um projétil de 15 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 2 kg pendurado por fios leves de 1 m e fica alojado nele. Os fios oscilam até um ângulo máximo de 15° com a vertical. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 15 gM = 2 kgL = 1 mθ = 15°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
ω = ?L = 1,1 mm = 5 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 5 kg e comprimento 1,1 m está articulada em uma extremidade e é solta do repouso na posição horizontal. 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 = 1,1 mg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
θ = 35°vs = 5,5 m

Um corpo (esfera oca) 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 5,5 m ao longo do plano.

θ = 35°s = 5,5 mI = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 80 mmd2​ = 200 mm1450 rpmn2​ = ?

Uma polia de 80 mm a 1450 rpm aciona uma polia de 200 mm por uma correia com 3 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 1450 rpmd1 = 80 mmd2 = 200 mms = 3 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
Ns​ = 20coroa fixaNp​ = 30nc​ = ?

Em um trem de engrenagens planetário a engrenagem solar tem 20 dentes e cada satélite tem 30 dentes. A coroa é mantida fixa e a solar é acionada a 1800 rpm. Encontre a rotação nc do porta-satélites.

Ns = 20Np = 30ns = 1800 rpm
nc = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
L = 1,8 mT = 4,37 s

Um astronauta em outro planeta verifica que um pêndulo simples de 1,8 m tem período de 4,37 s para pequenas oscilações. Encontre a aceleração da gravidade g nesse planeta.

L = 1,8 mT = 4,37 s
g = m/s²
18.Molas e pêndulosDifícil
1 kgk = 500 N/m400 m/s

Um projétil de 15 g a 400 m/s atinge e fica alojado em um bloco de 1 kg em repouso sobre uma superfície sem atrito. O bloco está preso a uma mola horizontal com k = 500 N/m. Encontre a amplitude A da oscilação resultante em cm.

m = 15 gv = 400 m/sM = 1 kgk = 500 N/m
A = cm
19.Vibrações mecânicasMédia
tx40 mm4 ciclos14,6 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 40 mm é seguido, 4 ciclos depois, por um pico de 14,6 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 40 mmx4 = 14,6 mmn = 4
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 60k2​ = 80m = 50 kg

Uma massa de 50 kg está pendurada em duas molas ligadas uma após a outra (em série): a mola superior tem k₁ = 60 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 = 50 kgk1 = 60 kN/mk2 = 80 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 16,67 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/(2·3) = 16,67 m

Resposta

s = 16,67 m
2.Cinemática

Resposta: hmax = 93,06 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.

Fase propulsada

v₁ = 24·1,5 = 36 m/s
h₁ = ½·24·1,5² = 27 m

Voo livre subindo

No topo a velocidade é zero.

Δh = v₁²/(2g) = 36²/(2·9,81) = 66,06 m
hmax = 27 + 66,06 = 93,06 m

Resposta

hmax = 93,06 m
3.Leis de Newton

Resposta: T = 75,72 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.

Aceleração

A força motriz resultante é a diferença dos pesos; ela move a massa total.

a = (9,5 − 6,5)·9,81/(9,5 + 6,5) = 1,839 m/s²

Tração pela massa mais leve

T − m2·g = m2·a → T = 6,5·(9,81 + 1,839) = 75,72 N

Resposta

T = 75,72 N
4.Leis de Newton

Resposta: a = 3,859 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) = (39,24 − 10,3)/7,5 = 3,859 m/s²

Resposta

a = 3,859 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: H = 2,106 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 40° = 7,66 m/s
vy = v0·sin θ = 10·sin 40° = 6,428 m/s

Ponto mais alto

No topo a velocidade vertical é zero: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 6,428²/(2·9,81) = 2,106 m

Resposta

H = 2,106 m
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 127,6 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

vx = 26,87 m/s, vy = 26,87 m/s

Tempo até cair no telhado

Raiz maior: a bola está descendo.

17 = 26,87·t − 4,905·t²
t = (26,87 + √(26,87² − 2·9,81·17))/9,81 = 4,748 s

Distância horizontal

x = vx·t = 26,87·4,748 = 127,6 m

Resposta

x = 127,6 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 13,29 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) = √(0,4·9,81·45) = 13,29 m/s

Resposta

vmax = 13,29 m/s (47,84 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmin = 3,571 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) = √(9,81·1,3) = 3,571 m/s

Resposta

vmin = 3,571 m/s
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 5,809 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 = √(2·9,81·6·(0,4226 − 0,15·0,9063)) = 5,809 m/s

Resposta

v = 5,809 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 4,262 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).

Forças ao longo do plano

m·g = 5·9,81 = 49,05 N
mg·sin θ = 12,7 N
μ·mg·cos θ = 4,738 N

Trabalho–energia

½mv² = (25 − 17,43)·6 = 45,4 J
v = √(2·45,4/5) = 4,262 m/s

Resposta

v = 4,262 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′1 = −3,462 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 = (2 − 4,5)/(2 + 4,5)·9 = −3,462 m/s
v′2 = 2·2/(2 + 4,5)·9 = 5,538 m/s

Resposta

v′1 = −3,462 m/s

O sinal negativo significa que o primeiro carrinho volta para trás.

12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 109,8 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·(1 − cos 15°) = 0,03407 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,03407) = 0,8176 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 2,015·0,8176/0,015 = 109,8 m/s

Resposta

v = 109,8 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 5,172 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 = 5·9,81·0,55 = 26,98 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 = 5·1,1²/3 = 2,017 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 26,98 → ω = √(2·26,98/2,017) = 5,172 rad/s

Resposta

ω = 5,172 rad/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: v = 6,094 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 = 5,5·sin 35° = 3,155 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 + 0,6667)
v = √(2·9,81·3,155/1,667) = 6,094 m/s

Resposta

v = 6,094 m/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 562,6 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

1450·80/200 = 580 rpm

Com escorregamento

n2 = 580·0,97 = 562,6 rpm

Resposta

n2 = 562,6 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: nc = 360 rpm

Trens de engrenagens planetários: as rotações da solar, da coroa e do porta-satélites estão ligadas pela equação de Willis (ns − nc)/(nr − nc) = −Nr/Ns: visto do porta-satélites, o conjunto é um trem comum com os satélites como engrenagens intermediárias. Manter um membro fixo transforma o conjunto em um redutor de relação única.

Dentes da coroa

Nr = Ns + 2·Np = 20 + 2·30 = 80

Equação de Willis com a coroa fixa

Faça nr = 0 e resolva para a rotação do porta-satélites.

(1800 − nc)/(0 − nc) = −80/20
nc = ns·Ns/(Ns + Nr) = 1800·20/100 = 360 rpm

Resposta

nc = 360 rpm

O porta-satélites gira no mesmo sentido que a solar.

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 = 4π²·1,8/4,37² = 3,721 m/s²

Resposta

g = 3,721 m/s²
18.Molas e pêndulos

Resposta: A = 26,63 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) = 0,015·400/1,015 = 5,911 m/s

Frequência angular

ω = √(k/(m + M)) = √(500/1,015) = 22,19 rad/s

Amplitude

A = V/ω = 5,911/22,19 = 0,2663 m = 26,63 cm

Resposta

A = 26,63 cm
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,04007

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(40/14,6) = 0,252

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,252/√(39,48 + 0,06349) = 0,04007

Resposta

ζ = 0,04007
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 4,168 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 = 1/60 + 1/80 → keq = 60·80/(60 + 80) = 34,29 kN/m

Frequência natural

ωn = √(34286/50) = 26,19 rad/s
fn = 26,19/(2π) = 4,168 Hz

Resposta

fn = 4,168 Hz

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