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)t = ?13,89

Um carro a 50 km/h freia com desaceleração constante de 4,5 m/s² até parar. Quanto tempo dura a frenagem? Calcule t.

v₀ = 50 km/ha = −4,5 m/s²v = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 14 m/s5 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 14 m/s da beira de um telhado a 5 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 = 5 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
θ = 45°a = ?m = 9 kg

Um bloco de 9 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 45° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,3. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 9 kgθ = 45°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 1,5 kg4,5 kgμ = 0,2

Um bloco de 1,5 kg sobre uma mesa horizontal está ligado por um fio leve, que passa por uma polia sem atrito, a uma massa suspensa de 4,5 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 = 1,5 kgm2 = 4,5 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 36 m/sθ = ?R = 100 m

Uma bola é lançada a partir do chão plano a 36 m/s e deve cair a 100 m de distância. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre o menor dos dois ângulos de lançamento possíveis θ.

v₀ = 36 m/sR = 100 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 45 mv0​ = 32 m/s40°H = ?

Uma bola é lançada a 32 m/s e 40° acima da horizontal do alto de um penhasco de 45 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 = 32 m/sθ = 40°h = 45 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Movimento circularMédia
r = 20 mvmax​ = ?

Um carro faz uma curva plana de raio 20 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 = 20 mμs = 0,5g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 1,2 mv = ?

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

Um bloco de 2 kg desliza 9 m por uma rampa a 45° da horizontal, com coeficiente de atrito cinético de 0,1. Encontre o trabalho Wf realizado contra o atrito.

m = 2 kgθ = 45°μ = 0,1d = 9 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 1 mL = 1 mμ = 0,25k = 2000 N/m

Um bloco de 2 kg é solto do repouso na altura 1 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 1 m (μ = 0,25) e depois encontra uma mola (k = 2000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a velocidade v do bloco quando chega à mola.

m = 2 kgh = 1 mL = 1 mμ = 0,25k = 2000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
15 kg47 m/s2 kgv′2​ = ?

Um projétil de 17 kg que se move horizontalmente a 39 m/s explode em dois fragmentos que se movem ao longo da mesma reta. O fragmento de 15 kg continua para a frente a 47 m/s. Encontre a velocidade v′2 do fragmento de 2 kg (positiva no sentido original).

M = 17 kgu = 39 m/sm1 = 15 kgv′1 = 47 m/sm2 = 2 kg
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
1400 kgv1​ = ?900 kg

Um carro de 1400 kg colide com um carro estacionado de 900 kg. Os destroços ficam presos um ao outro e derrapam 15 m antes de parar. O coeficiente de atrito cinético entre os pneus e a estrada é 0,6. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v1 do primeiro carro logo antes da colisão.

m1 = 1400 kgm2 = 900 kgd = 15 mμ = 0,6g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
n = 1400 rpmTb​ = 30 N·mI = 22,5 kg·m²

Um volante com momento de inércia de 22,5 kg·m² gira a 1400 rpm. Um freio aplica um torque de atrito constante de 30 N·m. Quantas voltas N o volante dá antes de parar?

I = 22,5 kg·m²n = 1400 rpmTb = 30 N·m
N = rev
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
200 m/s30 g1,06 mL = 1,9 m3 kgφ

Uma barra esbelta uniforme de massa 3 kg e comprimento 1,9 m pende em repouso de um pivô sem atrito na sua extremidade superior. Um projétil de 30 g que se move horizontalmente a 200 m/s atinge a barra 1,06 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 = 3 kgL = 1,9 mm = 30 gv = 200 m/sd = 1,06 mg = 9,81 m/s²
φ = °
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 160 mmd2​ = 315 mm1500 rpmn2​ = ?

Uma polia de 160 mm a 1500 rpm aciona uma polia de 315 mm por uma correia com 1 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 1500 rpmd1 = 160 mmd2 = 315 mms = 1 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 16B = 24C = 18D = ?

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (16 dentes) no eixo de entrada gira a 2880 rpm e aciona a engrenagem B (24 dentes). A engrenagem C (18 dentes) está fixada no mesmo eixo de B e aciona a engrenagem D no eixo de saída. A saída deve girar a 1382 rpm. Quantos dentes ND a engrenagem D deve ter?

nin = 2880 rpmA = 16B = 24C = 18nout = 1382 rpm
ND =
17.Molas e pêndulosMédia
L = 0,4 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 0,4 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 0,4 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
mk = 50 N/mA = 6 cmx = 4 cm

Uma massa presa a uma mola com k = 50 N/m oscila sobre uma superfície sem atrito com amplitude de 6 cm. Encontre sua energia cinética K quando ela está a 4 cm do equilíbrio.

k = 50 N/mA = 6 cmx = 4 cm
K = J
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 15 kN/mc = 70 N·s/mm = 2 kg

Uma massa de 2 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 15 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 70 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.

m = 2 kgk = 15 kN/mc = 70 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 5k2​ = 5m = 5 kg

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

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

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: t = 3,086 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.

Unidades

v₀ = 50/3,6 = 13,89 m/s

Tempo de frenagem

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 13,89/4,5 = 3,086 s

Resposta

t = 3,086 s
2.Cinemática

Resposta: hmax = 14,99 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 = 5 + 9,99 = 14,99 m

Resposta

hmax = 14,99 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 4,856 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 45° − 0,3·cos 45°) = 9,81·(0,7071 − 0,2121) = 4,856 m/s²

Resposta

a = 4,856 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 13,24 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) = (44,15 − 2,943)/6 = 6,867 m/s²

Tração a partir do bloco na mesa

T − μ·m1·g = m1·a
T = 1,5·6,867 + 2,943 = 13,24 N

Resposta

T = 13,24 N
5.Movimento de projéteis

Resposta: θ = 24,6 °

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.

Fórmula do alcance

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·100/36² = 0,7569

Ângulo

2θ = 49,2° → θ = 24,6°

Resposta

θ = 24,6°

A outra solução é 90° − θ = 65,4°.

6.Movimento de projéteis

Resposta: H = 66,56 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 = 32·sin 40° = 20,57 m/s

Subida acima do penhasco

Δh = vy²/(2g) = 20,57²/(2·9,81) = 21,56 m

Altura em relação ao chão

H = 45 + 21,56 = 66,56 m

Resposta

H = 66,56 m
7.Movimento circular

Resposta: vmax = 9,905 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) = √(0,5·9,81·20) = 9,905 m/s

Resposta

vmax = 9,905 m/s (35,66 km/h)
8.Movimento circular

Resposta: vmin = 3,431 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) = √(9,81·1,2) = 3,431 m/s

Resposta

vmin = 3,431 m/s
9.Trabalho e energia

Resposta: Wf = 12,49 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 = 19,62·0,7071 = 13,87 N
F = μN = 0,1·13,87 = 1,387 N

Trabalho contra o atrito

Wf = F·d = 1,387·9 = 12,49 J

Resposta

Wf = 12,49 J
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 3,836 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 restante depois da faixa áspera

A rampa é lisa, então só a faixa remove energia.

mgh − μmgL = 19,62·(1 − 0,25·1) = 14,71 J

Velocidade na mola

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·0,75) = 3,836 m/s

Resposta

v = 3,836 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = −21 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.

Quantidade de movimento antes

p = M·u = 17·39 = 663 kg·m/s

Quantidade de movimento depois

663 = 15·47 + 2·v′2
v′2 = (663 − 705)/2 = −21 m/s

Resposta

v′2 = −21 m/s

O sinal de menos significa que o segundo fragmento voa para trás.

12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v1 = 21,83 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.

Velocidade após a colisão

V = √(2·μ·g·d) = √(2·0,6·9,81·15) = 13,29 m/s

Quantidade de movimento na colisão

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 2300·13,29/1400 = 21,83 m/s

Resposta

v1 = 21,83 m/s
(78,59 km/h)
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: N = 1283 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·1400/60 = 146,6 rad/s

O trabalho do freio é igual à energia cinética

½·I·ω² = ½·22,5·146,6² = 241805 J
θ = 241805/30 = 8060 rad

Voltas

N = θ/2π = 1283 rev

Resposta

N = 1283 rev
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: φ = 36,52 °

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 = 3·1,9²/3 + 0,03·1,06² = 3,644 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 = 0,03·200·1,06/3,644 = 1,745 rad/s

Energia durante a oscilação

½·I·ω² = ½·3,644·1,745² = 5,551 J
(M·g·L/2 + m·g·d)·(1 − cos φ) = 28,27·(1 − cos φ)
cos φ = 1 − 5,551/28,27 = 0,8037 → φ = 36,52°

Resposta

φ = 36,52°
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 754,3 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

1500·160/315 = 761,9 rpm

Com escorregamento

n2 = 761,9·0,99 = 754,3 rpm

Resposta

n2 = 754,3 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: ND = 25

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.

Rotação do eixo intermediário

nB = nC = 2880·16/24 = 1920 rpm

Dentes da engrenagem D

ND = C·nC/nout = 18·1920/1382 = 25

Resposta

ND = 25
17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 1,269 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·√(0,4/9,81) = 1,269 s

Resposta

T = 1,269 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: K = 0,05 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 = ½·50·0,06² = 0,09 J

Energia da mola em x

U = ½·k·x² = ½·50·0,04² = 0,04 J

Energia cinética

K = 0,09 − 0,04 = 0,05 J

Resposta

K = 0,05 J
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,2021

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·√(15000·2) = 346,4 N·s/m

Fator de amortecimento

ζ = c/cc = 70/346,4 = 0,2021

Resposta

ζ = 0,2021

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

20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 10 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 = 5 + 5 = 10 kN/m

Resposta

keq = 10 kN/m

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