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
a = 2 m/s²s = 800 m

Um avião parte do repouso e acelera uniformemente a 2 m/s² ao longo de uma pista. Encontre sua velocidade v após 800 m.

v₀ = 0a = 2 m/s²s = 800 m
v = m/s
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 7 m/s40 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 7 m/s da beira de um telhado a 40 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 = 7 m/sh₀ = 40 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 35°45 kgF = ?

Uma caixa de 45 kg é empurrada rampa acima, inclinada a 35° em relação à horizontal, com velocidade constante, por uma força paralela à rampa. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força de empurrão F.

m = 45 kgθ = 35°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
F = N
4.Leis de NewtonDifícil
θ = 30°blocov₀ = 11,5 m/s

Um bloco recebe um empurrão e começa a subir uma rampa a 30° com velocidade de 11,5 m/s. O coeficiente de atrito cinético é 0,2. Use g = 9,81 m/s². Que distância d ao longo da rampa ele desliza antes de parar?

v₀ = 11,5 m/sθ = 30°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
d = m
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = ?70°R = 50 m

Uma bola é lançada a partir do chão plano a 70° acima da horizontal e cai a 50 m de distância. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade de lançamento v0.

θ = 70°R = 50 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 50 mv0​ = 25 m/s55°H = ?

Uma bola é lançada a 25 m/s e 55° acima da horizontal do alto de um penhasco de 50 m. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a altura máxima H acima do chão ao pé do penhasco.

v₀ = 25 m/sθ = 55°h = 50 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Movimento circularMédia
r = 55 mvmax​ = ?

Um carro passa pelo topo de uma lombada, que é um arco de circunferência de raio 55 m. Use g = 9,81 m/s². Acima de que velocidade vmax as rodas perdem contato com a estrada no topo?

r = 55 mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 1,5 mv = ?

Uma bola presa a um fio de 1,5 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 = 1,5 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
45°d = 16 mμ = 0,2

Um bloco de 0,5 kg desliza 16 m por uma rampa a 45° da horizontal, com coeficiente de atrito cinético de 0,2. Encontre o trabalho Wf realizado contra o atrito.

m = 0,5 kgθ = 45°μ = 0,2d = 16 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 2 mL = 1 mμ = 0,15k = 4000 N/m

Um bloco de 4 kg é solto do repouso na altura 2 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 1 m (μ = 0,15) e depois encontra uma mola (k = 4000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 4 kgh = 2 mL = 1 mμ = 0,15k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
3 kg10 m/s4,5 kg

Um carrinho de 3 kg a 10 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′2 do segundo carrinho após a colisão.

m1 = 3 kgm2 = 4,5 kgv1 = 10 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
23 m/s7 m/s

Uma bola de 0,15 kg atinge uma parede a 23 m/s e volta em linha reta a 7 m/s. O contato dura 50 ms. Calcule o módulo do impulso J que a parede aplica à bola.

m = 0,15 kgvin = 23 m/svout = 7 m/sΔt = 50 ms
J = N·s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
ω = ?L = 1,5 mm = 2,5 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 2,5 kg e comprimento 1,5 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 = 2,5 kgL = 1,5 mg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
280 m/s45 g0,55 mL = 1 m9 kgφ

Uma barra esbelta uniforme de massa 9 kg e comprimento 1 m pende em repouso de um pivô sem atrito na sua extremidade superior. Um projétil de 45 g que se move horizontalmente a 280 m/s atinge a barra 0,55 m abaixo do pivô e fica cravado nela. Use g = 9,81 m/s². Encontre o maior ângulo φ em relação à vertical que a barra atinge ao oscilar.

M = 9 kgL = 1 mm = 45 gv = 280 m/sd = 0,55 mg = 9,81 m/s²
φ = °
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 24N2​ = 40

Um motor de 1,1 kW girando a 960 rpm aciona um pinhão com 24 dentes, que engrena com uma engrenagem de 40 dentes. O par de engrenagens tem rendimento de 96%. Calcule o torque T1 no eixo do motor.

P = 1,1 kWn1 = 960 rpmN1 = 24N2 = 40η = 96%
T1 = N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 80 mmd2​ = 250 mm1450 rpmC = 500 mmθ = ?

Uma correia aberta liga uma polia de 80 mm e uma polia de 250 mm cujos centros estão a 500 mm de distância. Encontre o ângulo de abraçamento θ na polia menor, em graus.

d1 = 80 mmd2 = 250 mmC = 500 mm
θ = °
17.Molas e pêndulosMédia
L = 1,4 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 1,4 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 1,4 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
0,2 kgk = 120 N/mA = 19 cm

Uma massa de 0,2 kg presa a uma mola com k = 120 N/m é deslocada 19 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 0,2 kgk = 120 N/mA = 19 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 50 kN/mc = 5000 N·s/mm = 500 kg

Uma massa de 500 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 50 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 5000 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.

m = 500 kgk = 50 kN/mc = 5000 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 10k2​ = 40m = 100 kg

Uma massa de 100 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 = 40 kN/m. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 100 kgk1 = 10 kN/mk2 = 40 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: v = 56,57 m/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 após a distância

v = √(2·a·s) = √(2·2·800) = 56,57 m/s

Resposta

v = 56,57 m/s
(203,6 km/h)
2.Cinemática

Resposta: hmax = 42,5 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 = 7²/(2·9,81) = 2,497 m

Altura em relação ao chão

hmax = 40 + 2,497 = 42,5 m

Resposta

hmax = 42,5 m
3.Leis de Newton

Resposta: F = 343,6 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.

Forças ao longo do plano

Velocidade constante: as forças se equilibram.

F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ

Força de empurrão

F = 253,2 + 90,4 = 343,6 N

Resposta

F = 343,6 N
4.Leis de Newton

Resposta: d = 10,01 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 30° + 0,2·cos 30°) = 6,604 m/s²

Distância

d = v₀²/(2a) = 11,5²/(2·6,604) = 10,01 m

Resposta

d = 10,01 m
5.Movimento de projéteis

Resposta: v0 = 27,62 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.

Resolva a fórmula do alcance para v₀

v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·50/sin 140°) = 27,62 m/s

Resposta

v0 = 27,62 m/s
6.Movimento de projéteis

Resposta: H = 71,38 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.

Velocidade vertical de lançamento

vy = 25·sin 55° = 20,48 m/s

Subida acima do penhasco

Δh = vy²/(2g) = 20,48²/(2·9,81) = 21,38 m

Altura em relação ao chão

H = 50 + 21,38 = 71,38 m

Resposta

H = 71,38 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 23,23 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.

Força normal nula

m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·55) = 23,23 m/s

Resposta

vmax = 23,23 m/s
(83,62 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmin = 3,836 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) = √(9,81·1,5) = 3,836 m/s

Resposta

vmin = 3,836 m/s
9.Trabalho e energia

Resposta: Wf = 11,1 J

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).

Força de atrito

N = mg·cos θ = 4,905·0,7071 = 3,468 N
F = μN = 0,2·3,468 = 0,6937 N

Trabalho contra o atrito

Wf = F·d = 0,6937·16 = 11,1 J

Resposta

Wf = 11,1 J
10.Trabalho e energia

Resposta: x = 19,05 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 = 39,24·(2 − 0,15·1) = 72,59 J

Compressão máxima

½kx² = 72,59 → x = √(2·72,59/4000) = 0,1905 m = 19,05 cm

Resposta

x = 19,05 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

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

Resposta

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

Resposta: J = 4,5 N·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.

Variação da quantidade de movimento

J = m·Δv = 0,15·(7 + 23) = 4,5 N·s

Resposta

J = 4,5 N·s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: ω = 4,429 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 = 2,5·9,81·0,75 = 18,39 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 = 2,5·1,5²/3 = 1,875 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 18,39 → ω = √(2·18,39/1,875) = 4,429 rad/s

Resposta

ω = 4,429 rad/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: φ = 34,87 °

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 = 9·1²/3 + 0,045·0,55² = 3,014 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 = 0,045·280·0,55/3,014 = 2,3 rad/s

Energia durante a oscilação

½·I·ω² = ½·3,014·2,3² = 7,968 J
(M·g·L/2 + m·g·d)·(1 − cos φ) = 44,39·(1 − cos φ)
cos φ = 1 − 7,968/44,39 = 0,8205 → φ = 34,87°

Resposta

φ = 34,87°
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: T1 = 10,94 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·960/60 = 100,5 rad/s
T1 = P/ω₁ = 1100/100,5 = 10,94 N·m

Resposta

T1 = 10,94 N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: θ = 160,4 °

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(0,17) = 9,788°

Ângulo de abraçamento

θ = 180 − 2·9,788 = 160,4°

Resposta

θ = 160,4°
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 2,374 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·√(1,4/9,81) = 2,374 s

Resposta

T = 2,374 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: amax = 114 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.

Frequência angular

ω = √(120/0,2) = 24,49 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,19·24,49² = 114 m/s²

Resposta

amax = 114 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,5

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·√(50000·500) = 10000 N·s/m

Fator de amortecimento

ζ = c/cc = 5000/10000 = 0,5

Resposta

ζ = 0,5

ζ < 1, então o sistema é subamortecido e oscila enquanto decai.

20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 8 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 em série compartilham a mesma força e somam suas deflexões, então se combinam pelos inversos: 1/k = 1/k1 + 1/k2.

1/keq = 1/10 + 1/40 → keq = 10·40/(10 + 40) = 8 kN/m

Resposta

keq = 8 kN/m

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