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 = ?16,67

Um carro a 60 km/h freia com desaceleração constante de 4,5 m/s² até parar. Quanto tempo dura a frenagem? Calcule t.

v₀ = 60 km/ha = −4,5 m/s²v = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
d = ?

Uma pedra é solta do repouso em um poço. O som do impacto na água é ouvido 2,6 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 = 2,6 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Leis de NewtonMédia
20 kg30°F = 90 Nμ = 0,1

Um trenó de 20 kg é puxado sobre neve plana por uma corda a 30° acima da horizontal com uma força de 90 N. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do trenó.

m = 20 kgF = 90 Nθ = 30°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 6 kg3,5 kgμ = 0,3

Um bloco de 6 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 tração T no fio.

m1 = 6 kgm2 = 3,5 kgμ = 0,3g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = ?70°R = 90 m

Uma bola é lançada a partir do chão plano a 70° acima da horizontal e cai a 90 m de distância. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade de lançamento v0.

θ = 70°R = 90 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 45 mv0​ = 23 m/s40°x = ?

Uma bola é lançada a 40° acima da horizontal do topo de um penhasco de 45 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 23 m/sθ = 40°h = 45 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
L = 0,5 m25°

Uma pequena bola presa a um fio de comprimento 0,5 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 a velocidade v da bola.

L = 0,5 mθ = 25°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Movimento circularDifícil
r = 0,6 mv = 3,5 m/s

Uma bola de 1,5 kg presa a um fio de 0,6 m de comprimento gira em um círculo vertical. No ponto mais baixo, ela se move a 3,5 m/s. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio no ponto mais baixo.

m = 1,5 kgr = 0,6 mv = 3,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
45°d = 2 mμ = 0,1

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 45° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 2 m ao longo da rampa.

θ = 45°μ = 0,1d = 2 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
k = 5000 N/m20°μ = 0,13 kg

Uma mola de rigidez 5000 N/m na base de uma rampa de 20° é comprimida 5 cm contra um bloco de 3 kg e solta. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a rampa é 0,1. Que distância d rampa acima o bloco percorre a partir do ponto de soltura antes de parar? (Despreze a curta distância em que a mola empurra, ou seja, considere o atrito e a gravidade ao longo de toda a distância d.)

m = 3 kgk = 5000 N/mx = 5 cmθ = 20°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
d = m
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
2 kgv = ?15 gh = 5 cm

Um projétil de 15 g é disparado horizontalmente contra um bloco de madeira de 2 kg pendurado por fios leves e fica alojado nele. O bloco oscila para cima até ficar 5 cm mais alto que no início. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 15 gM = 2 kgh = 5 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
2,5 kgv = ?10 g10°L = 1,1 m

Um projétil de 10 g é disparado horizontalmente contra um bloco de 2,5 kg pendurado por fios leves de 1,1 m e fica alojado nele. Os fios oscilam até um ângulo máximo de 10° com a vertical. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v do projétil antes do impacto.

m = 10 gM = 2,5 kgL = 1,1 mθ = 10°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
v = ?3,5 kgL = 1,7 mm = 4,5 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 4,5 kg e comprimento 1,7 m está articulada em uma extremidade e é solta do repouso na posição horizontal. Uma pequena bola de massa 3,5 kg está fixada na sua extremidade livre. 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 = 4,5 kgL = 1,7 mmball = 3,5 kgg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
disco: 33 kganel: 20 kgn1​ = 1100 rpm

Um disco maciço uniforme (massa 33 kg, raio 0,15 m) gira livremente a 1100 rpm em torno de um eixo vertical sem atrito. Um anel fino de massa 20 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 = 33 kgMring = 20 kgR = 0,15 mn1 = 1100 rpm
ΔE = J
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 12N2​ = 32

Um motor de 0,75 kW girando a 1450 rpm aciona um pinhão com 12 dentes, que engrena com uma engrenagem de 32 dentes. O par de engrenagens tem rendimento de 98%. Calcule o torque T1 no eixo do motor.

P = 0,75 kWn1 = 1450 rpmN1 = 12N2 = 32η = 98%
T1 = N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 160 mmd2​ = 200 mm960 rpmC = 1200 mmT1​ = 800 NT2​P = ?

Uma correia aberta liga uma polia motora de 160 mm a 960 rpm a uma polia de 200 mm; os centros estão a 1200 mm de distância. O coeficiente de atrito é 0,35 e a tração no lado tracionado não pode exceder 800 N. Encontre a maior potência P que a correia pode transmitir sem escorregar, em kW (ignore os efeitos centrífugos).

d1 = 160 mmn1 = 960 rpmd2 = 200 mmC = 1200 mmμ = 0,35T1 = 800 N
P = kW
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
3,8 kgk = 420 N/mA = 20 cm

Uma massa de 3,8 kg presa a uma mola com k = 420 N/m é deslocada 20 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule sua aceleração máxima amax.

m = 3,8 kgk = 420 N/mA = 20 cm
amax = m/s²
19.Vibrações mecânicasMédia
tx12 mm4 ciclos7,3 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 12 mm é seguido, 4 ciclos depois, por um pico de 7,3 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 12 mmx4 = 7,3 mmn = 4
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 20k2​ = 10m = 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 = 10 kN/m. A massa permanece nivelada. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.

m = 20 kgk1 = 20 kN/mk2 = 10 kN/m
keq = kN/m

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: t = 3,704 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 = 60/3,6 = 16,67 m/s

Tempo de frenagem

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 16,67/4,5 = 3,704 s

Resposta

t = 3,704 s
2.Cinemática

Resposta: d = 30,9 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·(2,6 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 891,8 = 0

Tempo de queda

Só a raiz positiva tem sentido físico.

t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·891,8))/(2·4,905) = 2,51 s

Profundidade

d = ½·9,81·2,51² = 30,9 m

Resposta

d = 30,9 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 3,141 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.

Força normal

N = m·g − F·sin θ = 196,2 − 90·sin 30° = 151,2 N

Forças horizontais

m·a = F·cos θ − μ·N = 77,94 − 15,12
a = 62,82/20 = 3,141 m/s²

Resposta

a = 3,141 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 28,19 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) = (34,34 − 17,66)/9,5 = 1,755 m/s²

Tração a partir do bloco na mesa

T − μ·m1·g = m1·a
T = 6·1,755 + 17,66 = 28,19 N

Resposta

T = 28,19 N
5.Movimento de projéteis

Resposta: v0 = 37,06 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) = √(9,81·90/sin 140°) = 37,06 m/s

Resposta

v0 = 37,06 m/s
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 86,16 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 = 23·cos 40° = 17,62 m/s
vy = v0·sin θ = 23·sin 40° = 14,78 m/s

Tempo no ar

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

0 = 45 + 14,78·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (14,78 + √(218,6 + 882,9))/9,81 = 4,89 s

Distância horizontal

x = vx·t = 17,62·4,89 = 86,16 m

Resposta

x = 86,16 m
7.Movimento circular

Resposta: v = 0,9832 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 = 0,5·sin 25° = 0,2113 m

Velocidade

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

v = √(r·g·tan θ) = √(0,2113·9,81·tan 25°) = 0,9832 m/s

Resposta

v = 0,9832 m/s
8.Movimento circular

Resposta: T = 45,34 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 = 1,5·9,81 + 1,5·3,5²/0,6 = 14,71 + 30,63 = 45,34 N

Resposta

T = 45,34 N
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 4,997 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 = √(2·9,81·2·(0,7071 − 0,1·0,7071)) = 4,997 m/s

Resposta

v = 4,997 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: d = 0,4871 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).

Energia da mola

x = 5 cm = 0,05 m
½kx² = ½·5000·0,05² = 6,25 J

Balanço de energia ao longo da rampa

m·g = 3·9,81 = 29,43 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 6,25/(29,43·(0,342 + 0,1·0,9397)) = 0,4871 m

Resposta

d = 0,4871 m
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 133,1 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) = √(2·9,81·0,05) = 0,9905 m/s

Colisão

m·v = (m + M)·V → v = (0,015 + 2)·0,9905/0,015 = 133,1 m/s

Resposta

v = 133,1 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v = 143,7 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) = 1,1·(1 − cos 10°) = 0,01671 m

Velocidade após o impacto

V = √(2·9,81·0,01671) = 0,5726 m/s

Colisão

v = (m + M)·V/m = 2,51·0,5726/0,01 = 143,7 m/s

Resposta

v = 143,7 m/s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: v = 6,193 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 + mball·g·L = 4,5·9,81·0,85 + 3,5·9,81·1,7 = 95,89 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 + mball·L² = 4,335 + 10,12 = 14,45 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 95,89 → ω = √(2·95,89/14,45) = 3,643 rad/s
v = ω·L = 3,643·1,7 = 6,193 m/s

Resposta

v = 6,193 m/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: ΔE = 1350 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 = ½·33·0,15² = 0,3713 kg·m²
I2 = 20·0,15² = 0,45 kg·m²

Conservação da quantidade de movimento angular

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 1100·0,3713/0,8213 = 497,3 rpm

Energia cinética antes e depois

E1 = ½·0,3713·115,2² = 2463 J
E2 = ½·0,8213·52,07² = 1113 J
ΔE = 2463 − 1113 = 1350 J

Resposta

ΔE = 1350 J
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: T1 = 4,939 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·1450/60 = 151,8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 750/151,8 = 4,939 N·m

Resposta

T1 = 4,939 N·m
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: P = 4,266 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 = 3,108 rad

Tração do lado frouxo

eμθ = e1,088 = 2,968, T₂ = 800/2,968 = 269,5 N

Potência

P = (800 − 269,5)·8,042 = 4,266 kW

Resposta

P = 4,266 kW
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: amax = 22,11 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 = √(420/3,8) = 10,51 rad/s

Aceleração máxima

amax = A·ω² = 0,2·10,51² = 22,11 m/s²

Resposta

amax = 22,11 m/s²
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,01977

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(12/7,3) = 0,1243

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,1243/√(39,48 + 0,01544) = 0,01977

Resposta

ζ = 0,01977
20.Vibrações mecânicas

Resposta: keq = 30 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 = 20 + 10 = 30 kN/m

Resposta

keq = 30 kN/m

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