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)0,5 s27,78

Uma motorista a 100 km/h vê um obstáculo. Seu tempo de reação é 0,5 s, depois do qual o carro freia com desaceleração constante de 4,5 m/s². Encontre a distância total de parada d a partir do momento em que ela vê o obstáculo.

v₀ = 100 km/htr = 0,5 sa = −4,5 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
d = ?

Uma pedra é solta do repouso em um poço. O som do impacto na água é ouvido 3,2 s depois que a pedra é solta. A velocidade do som é 343 m/s; despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a profundidade d do poço.

ttotal = 3,2 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 20°a = ?m = 3 kg

Um bloco de 3 kg desliza para baixo em um plano inclinado sem atrito a 20° da horizontal. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 3 kgθ = 20°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 3,5 kg1,5 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 1,5 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 = 3,5 kgm2 = 1,5 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 16 m/s30°alcance

Uma bola é lançada a 30° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 16 m/sθ = 30°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 60 mv0​ = 18 m/s55°x = ?

Uma bola é lançada a 55° acima da horizontal do topo de um penhasco de 60 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 18 m/sθ = 55°h = 60 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
L = 1,9 m60°

Uma pequena bola presa a um fio de comprimento 1,9 m se move em um círculo horizontal de modo que o fio forma um ângulo constante de 60° com a vertical (um pêndulo cônico). Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v da bola.

L = 1,9 mθ = 60°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 1,3 m9,5 m/svtop​ = ?

Uma bola de 0,8 kg presa a um fio leve de 1,3 m é girada em um círculo vertical. No ponto mais baixo sua velocidade é 9,5 m/s. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a tração Ttop no fio no ponto mais alto.

m = 0,8 kgr = 1,3 mvbottom = 9,5 m/sg = 9,81 m/s²
Ttop = N
9.Trabalho e energiaMédia
40°d = 11 mμ = 0,1

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 40° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 11 m ao longo da rampa.

θ = 40°μ = 0,1d = 11 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 4 mL = 3,5 mμ = 0,25k = 2500 N/m

Um bloco de 10 kg é solto do repouso na altura 4 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 3,5 m (μ = 0,25) e depois encontra uma mola (k = 2500 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 10 kgh = 4 mL = 3,5 mμ = 0,25k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
1 kg6 m/s1,5 kg

Um carrinho de 1 kg a 6 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 1,5 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 = 1 kgm2 = 1,5 kgv1 = 6 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1 kgv = ?10 g25°L = 0,9 m

Um projétil de 10 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 1 kg pendurado por fios leves de 0,9 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 = 0,9 mθ = 25°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
v = ?L = 2 mm = 7,5 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 7,5 kg e comprimento 2 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 v da extremidade livre quando a barra passa pela posição vertical.

m = 7,5 kgL = 2 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
θ = 25°vs = 3 m

Um corpo (esfera maciça) parte do repouso e rola sem deslizar por um plano inclinado de 25° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Encontre sua velocidade v depois de rolar 3 m ao longo do plano.

θ = 25°s = 3 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 48N2​ = 72

Um motor de 5,5 kW girando a 2900 rpm aciona um pinhão com 48 dentes, que engrena com uma engrenagem de 72 dentes. O par de engrenagens tem rendimento de 97%. Calcule o torque T1 no eixo do motor.

P = 5,5 kWn1 = 2900 rpmN1 = 48N2 = 72η = 97%
T1 = N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 120 mmd2​ = 450 mm960 rpmC = 800 mmθ = ?

Uma correia aberta liga uma polia de 120 mm e uma polia de 450 mm cujos centros estão a 800 mm de distância. Encontre o ângulo de abraçamento θ na polia menor, em graus.

d1 = 120 mmd2 = 450 mmC = 800 mm
θ = °
17.Molas e pêndulosMédia
L = 0,5 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 0,5 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 0,5 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
2 kgk = 330 N/mA = 8 cm

Uma massa de 2 kg presa a uma mola com k = 330 N/m é deslocada 8 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule a energia total E da oscilação.

m = 2 kgk = 330 N/mA = 8 cm
E = J
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 50 kN/mc = 820 N·s/mm = 150 kg

Uma massa de 150 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 50 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 820 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.

m = 150 kgk = 50 kN/mc = 820 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 80k2​ = 10m = 10 kg

Uma massa de 10 kg está pendurada em duas molas ligadas uma após a outra (em série): a mola superior tem k₁ = 80 kN/m e a inferior k₂ = 10 kN/m. Despreze o amortecimento e as massas das molas. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.

m = 10 kgk1 = 80 kN/mk2 = 10 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: d = 99,62 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 = 100/3,6 = 27,78 m/s

Distância de reação

d1 = v₀·tr = 27,78·0,5 = 13,89 m

Distância de frenagem

d2 = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·4,5) = 85,73 m

Total

d = 13,89 + 85,73 = 99,62 m

Resposta

d = 99,62 m
2.Cinemática

Resposta: d = 46,1 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.

Duas partes do tempo

½·9,81·t₁² = 343·(3,2 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 1098 = 0

Tempo de queda

Só a raiz positiva tem sentido físico.

t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·1098))/(2·4,905) = 3,066 s

Profundidade

d = ½·9,81·3,066² = 46,1 m

Resposta

d = 46,1 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 3,355 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.

Forças ao longo do plano

Para baixo ao longo do plano é positivo.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Aceleração

a = 9,81·(sin 20° − 0·cos 20°) = 9,81·(0,342 − 0) = 3,355 m/s²

Resposta

a = 3,355 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: a = 0,8829 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) = (14,71 − 10,3)/5 = 0,8829 m/s²

Resposta

a = 0,8829 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 1,631 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 = 16·cos 30° = 13,86 m/s
vy = v0·sin θ = 16·sin 30° = 8 m/s

Tempo no ar

Partindo e chegando na mesma altura: t = 2vy/g.

t = 2·8/9,81 = 1,631 s

Resposta

t = 1,631 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 54,82 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 = 18·cos 55° = 10,32 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 55° = 14,74 m/s

Tempo no ar

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

0 = 60 + 14,74·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (14,74 + √(217,4 + 1177))/9,81 = 5,31 s

Distância horizontal

x = vx·t = 10,32·5,31 = 54,82 m

Resposta

x = 54,82 m
7.Movimento circular

Resposta: v = 5,288 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.

Raio do círculo

r = L·sin θ = 1,9·sin 60° = 1,645 m

Velocidade

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

v = √(r·g·tan θ) = √(1,645·9,81·tan 60°) = 5,288 m/s

Resposta

v = 5,288 m/s
8.Movimento circular

Resposta: Ttop = 16,3 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 no topo

Energia cinética é trocada por energia potencial ao longo de uma altura 2r.

vtop² = 9,5² − 4·9,81·1,3 = 39,24 m²/s²

Forças no topo

Tração e gravidade apontam ambas para baixo, em direção ao centro.

T + m·g = m·vtop²/r
T = 0,8·39,24/1,3 − 0,8·9,81 = 16,3 N

Resposta

Ttop = 16,3 N
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 11,05 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 = √(2·9,81·11·(0,6428 − 0,1·0,766)) = 11,05 m/s

Resposta

v = 11,05 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: x = 49,52 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 = 98,1·(4 − 0,25·3,5) = 306,6 J

Compressão máxima

½kx² = 306,6 → x = √(2·306,6/2500) = 0,4952 m = 49,52 cm

Resposta

x = 49,52 cm
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 = (1 − 1,5)/(1 + 1,5)·6 = −1,2 m/s
v′2 = 2·1/(1 + 1,5)·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: v = 129,9 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) = 0,9·(1 − cos 25°) = 0,08432 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,08432) = 1,286 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 1,01·1,286/0,01 = 129,9 m/s

Resposta

v = 129,9 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: v = 7,672 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.

Perda de energia potencial

m·g·L/2 = 7,5·9,81·1 = 73,58 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 = 7,5·2²/3 = 10 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 73,58 → ω = √(2·73,58/10) = 3,836 rad/s
v = ω·L = 3,836·2 = 7,672 m/s

Resposta

v = 7,672 m/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: v = 4,215 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 = 3·sin 25° = 1,268 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 + 0,4)
v = √(2·9,81·1,268/1,4) = 4,215 m/s

Resposta

v = 4,215 m/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: T1 = 18,11 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 = 5500/303,7 = 18,11 N·m

Resposta

T1 = 18,11 N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: θ = 156,2 °

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(0,2062) = 11,9°

Ângulo de abraçamento

θ = 180 − 2·11,9 = 156,2°

Resposta

θ = 156,2°
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 1,419 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·√(0,5/9,81) = 1,419 s

Resposta

T = 1,419 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: E = 1,056 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.

Frequência angular

ω = √(330/2) = 12,85 rad/s

Energia

E = ½·k·A² = ½·330·0,08² = 1,056 J

Resposta

E = 1,056 J
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,1497

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·√(50000·150) = 5477 N·s/m

Fator de amortecimento

ζ = c/cc = 820/5477 = 0,1497

Resposta

ζ = 0,1497

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

20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 4,745 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 = 1/80 + 1/10 → keq = 80·10/(80 + 10) = 8,889 kN/m

Frequência natural

ωn = √(8889/10) = 29,81 rad/s
fn = 29,81/(2π) = 4,745 Hz

Resposta

fn = 4,745 Hz

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