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
políciaa = 6 m/s²carro25 m/s

Um carro em alta velocidade, a 25 m/s constantes, passa por uma viatura policial parada. Nesse instante a viatura parte e acelera uniformemente a 6 m/s². Quanto tempo a viatura leva para alcançar o carro? Encontre t.

vcar = 25 m/sapolice = 6 m/s²v0,police = 0
t = s
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. Quanto tempo após o lançamento ela atinge o chão? Calcule t.

v₀ = 14 m/sh₀ = 20 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
θ = 40°a = ?m = 10 kg

Um bloco de 10 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 40° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 10 kgθ = 40°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 4 kg6 kgμ = 0,2

Um bloco de 4 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 6 kg. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a mesa é 0,2. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio.

m1 = 4 kgm2 = 6 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 10 m/s60°alcance

Uma bola é lançada a 60° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.

v0 = 10 m/sθ = 60°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 40 mv0​ = 29 m/s30°x = ?

Uma bola é lançada a 30° acima da horizontal do topo de um penhasco de 40 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 29 m/sθ = 30°h = 40 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
L = 0,3 m25°

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 25° com a vertical (um pêndulo cônico). Use g = 9,81 m/s². Encontre o tempo T de uma volta.

L = 0,3 mθ = 25°g = 9,81 m/s²
T = s
8.Movimento circularDifícil
r = 1,4 mv = 5,5 m/s

Uma bola de 0,3 kg presa a um fio de 1,4 m de comprimento gira em um círculo vertical. No ponto mais baixo, ela se move a 5,5 m/s. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio no ponto mais baixo.

m = 0,3 kgr = 1,4 mv = 5,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
90 km/h

Um carro a 90 km/h em uma estrada plana freia bruscamente e derrapa até parar com as rodas travadas. O coeficiente de atrito cinético entre os pneus e a estrada é 0,4. Encontre a distância de frenagem d.

v = 90 km/hμ = 0,4g = 9,81 m/s²
d = m
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 10,5 mR = 3 mv = ?

Um carrinho de 10 kg é solto do repouso a uma altura de 10,5 m em um trilho liso que leva a um loop circular vertical de raio 3 m. Encontre a velocidade v do carrinho no topo do loop.

m = 10 kgh = 10,5 mR = 3 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
1 kgv = ?10 gh = 19 cm

Um projétil de 10 g é disparado horizontalmente contra um bloco de madeira de 1 kg pendurado por fios leves e fica alojado nele. O bloco oscila para cima até ficar 19 cm mais alto que no início. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 10 gM = 1 kgh = 19 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
2,5 kgv = ?20 g35°L = 1,2 m

Um projétil de 20 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 2,5 kg pendurado por fios leves de 1,2 m e fica alojado nele. Os fios oscilam até um ângulo máximo de 35° com a vertical. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 20 gM = 2,5 kgL = 1,2 mθ = 35°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
n = 1000 rpmTb​ = 170 N·mI = 22 kg·m²

Um volante com momento de inércia de 22 kg·m² gira a 1000 rpm. Um freio aplica um torque de atrito constante de 170 N·m. Quantas voltas N o volante dá antes de parar?

I = 22 kg·m²n = 1000 rpmTb = 170 N·m
N = rev
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
disco: 29 kganel: 16 kgn1​ = 200 rpm

Um disco maciço uniforme (massa 29 kg, raio 0,35 m) gira livremente a 200 rpm em torno de um eixo vertical sem atrito. Um anel fino de massa 16 kg e mesmo raio é solto sobre ele a partir do repouso, centrado no eixo, e os dois logo passam a girar juntos. Quanta energia cinética ΔE se perde no processo?

Mdisc = 29 kgMring = 16 kgR = 0,35 mn1 = 200 rpm
ΔE = J
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 125 mmd2​ = 300 mm960 rpmT1​ = 800 NT2​ = 200 NP = ?

Uma correia passa por uma polia motora de 125 mm a 960 rpm. A tração é de 800 N no lado tracionado e de 200 N no lado frouxo. Encontre a potência P transmitida, em kW.

d1 = 125 mmn1 = 960 rpmT1 = 800 NT2 = 200 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 200 mmd2​ = 400 mm1440 rpmC = 800 mmT1​ = 500 NT2​P = ?

Uma correia aberta liga uma polia motora de 200 mm a 1440 rpm a uma polia de 400 mm; os centros estão a 800 mm de distância. O coeficiente de atrito é 0,3 e a tração no lado tracionado não pode exceder 500 N. Encontre a maior potência P que a correia pode transmitir sem escorregar, em kW (ignore os efeitos centrífugos).

d1 = 200 mmn1 = 1440 rpmd2 = 400 mmC = 800 mmμ = 0,3T1 = 500 N
P = kW
17.Molas e pêndulosMédia
L = 1,5 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 1,5 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 1,5 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
1,6 kgk = 20 N/mA = 11 cm

Uma massa de 1,6 kg presa a uma mola com k = 20 N/m é deslocada 11 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 1,6 kgk = 20 N/mA = 11 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
tx10 mm4 ciclos0,5 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 10 mm é seguido, 4 ciclos depois, por um pico de 0,5 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 10 mmx4 = 0,5 mmn = 4
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 20k2​ = 50m = 20 kg

Uma massa de 20 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 20 kN/m e k₂ = 50 kN/m. A massa permanece nivelada. Despreze o amortecimento e as massas das molas. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.

m = 20 kgk1 = 20 kN/mk2 = 50 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: t = 8,333 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.

Distâncias iguais

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·25/6 = 8,333 s

Resposta

t = 8,333 s

Nesse momento a viatura se move a 2v = 50 m/s.

2.Cinemática

Resposta: t = 3,9 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.

−20 = 14·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 14·t − 20 = 0

Resolva a equação do segundo grau

Só a raiz positiva tem sentido físico.

t = (14 + √(14² + 2·9,81·20))/9,81 = 3,9 s

Resposta

t = 3,9 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 4,427 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 40° − 0,25·cos 40°) = 9,81·(0,6428 − 0,1915) = 4,427 m/s²

Resposta

a = 4,427 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 28,25 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 do sistema

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (58,86 − 7,848)/10 = 5,101 m/s²

Tração a partir do bloco na mesa

T − μ·m1·g = m1·a
T = 4·5,101 + 7,848 = 28,25 N

Resposta

T = 28,25 N
5.Movimento de projéteis

Resposta: t = 1,766 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 = 10·cos 60° = 5 m/s
vy = v0·sin θ = 10·sin 60° = 8,66 m/s

Tempo no ar

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

t = 2·8,66/9,81 = 1,766 s

Resposta

t = 1,766 s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 117,9 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 = 29·cos 30° = 25,11 m/s
vy = v0·sin θ = 29·sin 30° = 14,5 m/s

Tempo no ar

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

0 = 40 + 14,5·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (14,5 + √(210,2 + 784,8))/9,81 = 4,694 s

Distância horizontal

x = vx·t = 25,11·4,694 = 117,9 m

Resposta

x = 117,9 m
7.Movimento circular

Resposta: T = 1,046 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 25° = 0,1268 m

Velocidade

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

v = √(r·g·tan θ) = √(0,1268·9,81·tan 25°) = 0,7616 m/s

Período

T = 2π·r/v = 2π·0,1268/0,7616 = 1,046 s

Resposta

T = 1,046 s
8.Movimento circular

Resposta: T = 9,425 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.

Forças no ponto mais baixo

Em direção ao centro (para cima) é positivo.

T − m·g = m·v²/r
T = 0,3·9,81 + 0,3·5,5²/1,4 = 2,943 + 6,482 = 9,425 N

Resposta

T = 9,425 N
9.Trabalho e energia

Resposta: d = 79,64 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).

Velocidade em unidades básicas

v = 90/3,6 = 25 m/s

Balanço de energia

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 25²/(2·0,4·9,81) = 79,64 m

Resposta

d = 79,64 m

Dobrar a velocidade torna a distância de frenagem quatro vezes maior.

10.Trabalho e energia

Resposta: v = 9,396 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). Em uma trajetória circular a força resultante em direção ao centro deve ser igual a mv²/r.

Velocidade no topo

v² = 2g(h − 2R) = 2·9,81·(10,5 − 6) = 88,29 m²/s²
v = 9,396 m/s

Resposta

v = 9,396 m/s

O carrinho completa o loop no limite quando h = 2,5R; então N = 0 no topo.

11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 195 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) = √(2·9,81·0,19) = 1,931 m/s

Colisão

m·v = (m + M)·V → v = (0,01 + 1)·1,931/0,01 = 195 m/s

Resposta

v = 195 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 260 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) = 1,2·(1 − cos 35°) = 0,217 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,217) = 2,063 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 2,52·2,063/0,02 = 260 m/s

Resposta

v = 260 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: N = 112,9 rev

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.

Velocidade angular

ω = 2π·1000/60 = 104,7 rad/s

O trabalho do freio é igual à energia cinética

½·I·ω² = ½·22·104,7² = 120628 J
θ = 120628/170 = 709,6 rad

Voltas

N = θ/2π = 112,9 rev

Resposta

N = 112,9 rev
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: ΔE = 204,4 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.

Momentos de inércia

I1 = ½·29·0,35² = 1,776 kg·m²
I2 = 16·0,35² = 1,96 kg·m²

Conservação da quantidade de movimento angular

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 200·1,776/3,736 = 95,08 rpm

Energia cinética antes e depois

E1 = ½·1,776·20,94² = 389,6 J
E2 = ½·3,736·9,957² = 185,2 J
ΔE = 389,6 − 185,2 = 204,4 J

Resposta

ΔE = 204,4 J
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 3,77 kW

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 da correia

v = 6,283 m/s

Potência

P = (800 − 200)·6,283 = 3770 W = 3,77 kW

Resposta

P = 3,77 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 4,372 kW

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 de abraçamento

θ = 2,891 rad

Tração do lado frouxo

eμθ = e0,8673 = 2,38, T₂ = 500/2,38 = 210 N

Potência

P = (500 − 210)·15,08 = 4,372 kW

Resposta

P = 4,372 kW
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 2,457 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·√(1,5/9,81) = 2,457 s

Resposta

T = 2,457 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: amax = 1,375 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 = √(20/1,6) = 3,536 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,11·3,536² = 1,375 m/s²

Resposta

amax = 1,375 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,1184

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(10/0,5) = 0,7489

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,7489/√(39,48 + 0,5609) = 0,1184

Resposta

ζ = 0,1184
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 9,416 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 lado a lado compartilham a deflexão e somam suas forças, então suas rigidezes simplesmente se somam: k = k1 + k2.

keq = 20 + 50 = 70 kN/m

Frequência natural

ωn = √(70000/20) = 59,16 rad/s
fn = 59,16/(2π) = 9,416 Hz

Resposta

fn = 9,416 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics