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)3,175 s22,22

Um carro a 80 km/h freia com desaceleração constante de 7 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 80 km/ha = −7 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 14 m/s20 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 14 m/s da beira de um telhado a 20 m do chão. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Calcule a altura máxima hmax em relação ao chão.

v₀ = 14 m/sh₀ = 20 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
caixav₀ = 9 m/sμ = ?

Uma caixa desliza sobre um piso horizontal com velocidade inicial de 9 m/s e para após 17 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre o coeficiente de atrito cinético μ.

v₀ = 9 m/sd = 17 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 5,5 kg3,5 kgμ = 0,3

Um bloco de 5,5 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 3,5 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 = 5,5 kgm2 = 3,5 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 14 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 = 14 m/sθ = 40°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 40 mv0​ = 18 m/s45°v = ?

Uma bola é lançada a 18 m/s e 45° acima da horizontal do alto de um penhasco de 40 m. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v com que ela atinge o chão.

v₀ = 18 m/sθ = 45°h = 40 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
7.Movimento circularMédia
r = 70 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 70 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,5. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.

r = 70 mμs = 0,5g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
R = 7 mh = 26,6 m

Um carrinho de 2,5 kg é solto do repouso a uma altura de 26,6 m em um trilho sem atrito e passa por um loop vertical de raio 7 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força normal Nbottom do trilho sobre o carrinho na base do loop.

m = 2,5 kgh = 26,6 mR = 7 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.Trabalho e energiaMédia
35°d = 17 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 17 m ao longo da rampa.

θ = 35°μ = 0,35d = 17 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
10 kg5 kgμ = 0,2d = 2,5 m

Um bloco de 10 kg repousa sobre uma mesa horizontal áspera (μ = 0,2). 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 = 10 kgm2 = 5 kgμ = 0,2d = 2,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
3 kg6 m/s4,5 kg

Um carrinho de 3 kg a 6 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 = 3 kgm2 = 4,5 kgv1 = 6 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
22 m/s10 m/s

Uma bola de 0,45 kg atinge uma parede a 22 m/s e volta em linha reta a 10 m/s. O contato dura 20 ms. Calcule a força média Favg da parede sobre a bola.

m = 0,45 kgvin = 22 m/svout = 10 m/sΔt = 20 ms
Favg = N
13.Rotação de corpo rígidoMédia
ω = ?L = 0,8 mm = 1,5 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 1,5 kg e comprimento 0,8 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 = 1,5 kgL = 0,8 mg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
5 m/sω

Um corpo (esfera maciça) de massa 19 kg rola sem deslizar a 5 m/s. Que porcentagem p da sua energia cinética total é de rotação?

m = 19 kgv = 5 m/sI = (2/5)·m·r²
p = %
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 20, m = 3 mm

Um motor de 4 kW girando a 960 rpm aciona um pinhão com 20 dentes e módulo de 3 mm. Encontre a força tangencial Ft nos dentes do pinhão.

P = 4 kWn = 960 rpmN1 = 20m = 3 mm
Ft = N
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 80 mmd2​ = 400 mm2880 rpmC = 800 mmθ = ?

Uma correia aberta liga uma polia de 80 mm e uma polia de 400 mm cujos centros estão a 800 mm de distância. Encontre o ângulo de abraçamento θ na polia menor, em graus.

d1 = 80 mmd2 = 400 mmC = 800 mm
θ = °
17.Molas e pêndulosMédia
L = ?

Qual deve ser o comprimento de um pêndulo simples para ter período de 2,1 s? Use g = 9,81 m/s². Calcule L.

T = 2,1 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Molas e pêndulosDifícil
mk = 280 N/mA = 13 cmx = 6 cm

Uma massa presa a uma mola com k = 280 N/m oscila sobre uma superfície sem atrito com amplitude de 13 cm. Encontre sua energia cinética K quando ela está a 6 cm do equilíbrio.

k = 280 N/mA = 13 cmx = 6 cm
K = J
19.Vibrações mecânicasMédia
tx12 mm2 ciclos7,3 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 12 mm é seguido, 2 ciclos depois, por um pico de 7,3 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 12 mmx2 = 7,3 mmn = 2
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 12k2​ = 5m = 20 kg

Uma massa de 20 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 12 kN/m e k₂ = 5 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 20 kgk1 = 12 kN/mk2 = 5 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 35,27 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 = 80/3,6 = 22,22 m/s

Distância de frenagem

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 22,22²/(2·7) = 35,27 m

Resposta

s = 35,27 m
2.Cinemática

Resposta: hmax = 29,99 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.

Subida acima do telhado

0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 14²/(2·9,81) = 9,99 m

Altura em relação ao chão

hmax = 20 + 9,99 = 29,99 m

Resposta

hmax = 29,99 m
3.Leis de Newton

Resposta: μ = 0,2428

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) = 9²/(2·17) = 2,382 m/s²

Coeficiente de atrito

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 2,382/9,81 = 0,2428

Resposta

μ = 0,2428
4.Leis de Newton

Resposta: a = 2,017 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) = (34,34 − 16,19)/9 = 2,017 m/s²

Resposta

a = 2,017 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: H = 4,128 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 = 14·cos 40° = 10,72 m/s
vy = v0·sin θ = 14·sin 40° = 8,999 m/s

Ponto mais alto

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

H = vy²/(2g) = 8,999²/(2·9,81) = 4,128 m

Resposta

H = 4,128 m
6.Movimento de projéteis

Resposta: v = 33,3 m/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

vx = 18·cos 45° = 12,73 m/s
vy0 = 18·sin 45° = 12,73 m/s

Velocidade vertical no impacto

Energia, ou v² = v₀² + 2as na direção vertical.

vy = √(12,73² + 2·9,81·40) = 30,77 m/s

Velocidade de impacto

v = √(12,73² + 30,77²) = 33,3 m/s

Resposta

v = 33,3 m/s

Verificação pela energia: v² = v₀² + 2gh.

7.Movimento circular

Resposta: vmax = 18,53 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) = √(0,5·9,81·70) = 18,53 m/s

Resposta

vmax = 18,53 m/s (66,71 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: Nbottom = 210,9 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 = 2·9,81·26,6 = 521,9 m²/s²

Forças

Em direção ao centro é positivo.

N = m·v²/R + m·g = 2,5·521,9/7 + 24,53 = 210,9 N

Resposta

Nbottom = 210,9 N
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 9,782 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 = √(2·9,81·17·(0,5736 − 0,35·0,8192)) = 9,782 m/s

Resposta

v = 9,782 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 3,132 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 = 0,2·98,1·2,5 = 49,05 J

Energia cinética dos dois blocos

½(m₁ + m₂)v² = 73,58 → v = √(2·73,58/15) = 3,132 m/s

Resposta

v = 3,132 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′1 = −1,2 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.

Colisão elástica com alvo em repouso

Resolver juntas a conservação da quantidade de movimento e da energia dá estes dois resultados.

v′1 = (3 − 4,5)/(3 + 4,5)·6 = −1,2 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 4,5)·6 = 4,8 m/s

Resposta

v′1 = −1,2 m/s

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

12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: Favg = 720 N

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 = 0,45·(10 + 22) = 14,4 N·s

Força média

Favg = J/Δt = 14,4/0,02 = 720 N

Resposta

Favg = 720 N
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 6,065 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 = 1,5·9,81·0,4 = 5,886 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 = 1,5·0,8²/3 = 0,32 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 5,886 → ω = √(2·5,886/0,32) = 6,065 rad/s

Resposta

ω = 6,065 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 = ½·19·5² = 237,5 J
Erot = ½·I·ω² = ½·0,4·m·r²·(v/r)² = 0,4·237,5 = 95 J

Parcela de rotação

p = 95/332,5·100% = 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: Ft = 1326 N

Geometria de engrenagens: o módulo m define o tamanho do dente. Uma engrenagem com N dentes tem diâmetro primitivo d = m·N, duas engrenagens acopladas têm o mesmo módulo, e a distância entre centros é a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. A velocidade tangencial no diâmetro primitivo é v = π·d·n/60, e a força tangencial no dente vem do torque: Ft = 2T/d.

Torque no pinhão

ω = 2π·960/60 = 100,5 rad/s
T = P/ω = 4000/100,5 = 39,79 N·m

Diâmetro primitivo

d = m·N = 3·20 = 60 mm

Força tangencial

Ft = 2T/d = 2·39,79/0,06 = 1326 N

Resposta

Ft = 1326 N
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: θ = 156,9 °

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(0,2) = 11,54°

Ângulo de abraçamento

θ = 180 − 2·11,54 = 156,9°

Resposta

θ = 156,9°
17.Molas e pêndulos

Resposta: L = 1,096 m

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.

Isole o comprimento

L = g·(T/2π)² = 9,81·(2,1/2π)² = 1,096 m

Resposta

L = 1,096 m
18.Molas e pêndulos

Resposta: K = 1,862 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 = ½·280·0,13² = 2,366 J

Energia da mola em x

U = ½·k·x² = ½·280·0,06² = 0,504 J

Energia cinética

K = 2,366 − 0,504 = 1,862 J

Resposta

K = 1,862 J
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,03952

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 = (1/2)·ln(12/7,3) = 0,2485

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,2485/√(39,48 + 0,06176) = 0,03952

Resposta

ζ = 0,03952
20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 17 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 = 12 + 5 = 17 kN/m

Resposta

keq = 17 kN/m

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