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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
Liste o que você sabe: v₀, v, a, t e s, com unidades.
Escolha a equação que contém suas três grandezas conhecidas e a incógnita.
Escolha um sentido positivo e dê sinal negativo às grandezas no sentido oposto.
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
Desenhe um diagrama de corpo livre com todas as forças sobre o corpo.
Escolha um sentido positivo ao longo do movimento.
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).
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
Decomponha a velocidade de lançamento em componentes: vx = v₀·cos θ e vy = v₀·sin θ.
O movimento horizontal tem velocidade constante; o movimento vertical tem aceleração −g.
Encontre o tempo de voo a partir do movimento vertical.
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
Escolha um sentido positivo e dê a cada velocidade o seu sinal.
Escreva a quantidade de movimento total antes: Σm·v.
Em uma colisão perfeitamente inelástica os corpos se movem juntos depois; em uma colisão elástica a energia cinética também se conserva.
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
Escolha o eixo: um pivô fixo, ou o centro de massa para corpos que rolam.
Encontre o momento de inércia em relação a esse eixo a partir dos resultados usuais, usando I = IG + m·d² para um eixo deslocado.
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.
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
Um carro a 120 km/h freia com desaceleração constante de 4,5 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.
v₀ = 120 km/ha = −4,5 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Um bonde parte do repouso e acelera a 1 m/s² durante 11 s, depois anda com velocidade constante durante 9 s e por fim freia a 3 m/s² até parar. Encontre a distância total s entre as duas paradas.
a1 = 1 m/s²t1 = 11 st2 = 9 sa3 = −3 m/s²
s = m
3.Leis de NewtonMédia
Um bloco de 12 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 20° 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 = 12 kgθ = 20°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
Um bloco de 5,5 kg em uma rampa a 35° está ligado por um fio leve, passando por uma polia sem atrito no topo da rampa, a uma massa pendurada de 9,5 kg. A massa pendurada desce. O coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a rampa é 0,2. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do sistema.
m1 = 5,5 kgm2 = 9,5 kgθ = 35°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
Uma bola é lançada a 40° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.
v0 = 12 m/sθ = 40°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Movimento de projéteisDifícil
Uma bola é lançada a 60° 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 = 34 m/sθ = 60°h = 60 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
Um carro faz uma curva plana de raio 20 m. O coeficiente de atrito estático entre os pneus e a pista é 0,8. Use g = 9,81 m/s². Calcule a maior velocidade vmax com que o carro pode fazer a curva sem derrapar.
r = 20 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimento circularDifícil
Uma bola de 1,9 kg presa a um fio de 0,8 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 = 1,9 kgr = 0,8 mv = 5,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
Um lançador de brinquedo tem uma mola vertical de rigidez 2000 N/m. Uma bola de 0,2 kg é colocada sobre ela e a mola é comprimida 6 cm e depois solta. Desprezando a resistência do ar e a massa da mola, encontre a altura h que a bola sobe, medida a partir da sua posição com a mola comprimida.
m = 0,2 kgk = 2000 N/mx = 6 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Trabalho e energiaDifícil
Um carrinho de 2 kg é solto do repouso a uma altura de 6 m em um trilho liso que leva a um loop circular vertical de raio 2 m. Encontre a força normal N que o trilho exerce sobre o carrinho no topo do loop.
m = 2 kgh = 6 mR = 2 mg = 9,81 m/s²
N = N
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
Um carrinho de 4,5 kg a 6 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 5 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′2 do segundo carrinho após a colisão.
m1 = 4,5 kgm2 = 5 kgv1 = 6 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
Uma bola de 0,5 kg atinge uma parede a 30 m/s e volta em linha reta a 9 m/s. O contato dura 40 ms. Calcule a força média Favg da parede sobre a bola.
m = 0,5 kgvin = 30 m/svout = 9 m/sΔt = 40 ms
Favg = N
13.Rotação de corpo rígidoMédia
Uma barra esbelta uniforme de massa 5 kg e comprimento 2 m está articulada em uma extremidade e é solta do repouso na posição horizontal. Uma pequena bola de massa 2 kg está fixada na sua extremidade livre. Despreze o atrito e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade angular ω da barra ao passar pela posição vertical.
m = 5 kgL = 2 mmball = 2 kgg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
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 4,5 m ao longo do plano.
θ = 25°s = 4,5 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
Uma correia passa por uma polia motora de 150 mm a 1500 rpm. A tração é de 500 N no lado tracionado e de 150 N no lado frouxo. Encontre a potência P transmitida, em kW.
d1 = 150 mmn1 = 1500 rpmT1 = 500 NT2 = 150 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (40 dentes), no eixo de entrada girando a 960 rpm, aciona a engrenagem B (60 dentes). A engrenagem C (16 dentes) está fixada no mesmo eixo que B e aciona a engrenagem D (18 dentes) no eixo de saída. Calcule a rotação de saída nout.
nin = 960 rpmA = 40B = 60C = 16D = 18
nout = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
Qual deve ser o comprimento de um pêndulo simples para ter período de 1,7 s? Use g = 9,81 m/s². Calcule L.
T = 1,7 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Molas e pêndulosDifícil
Uma massa de 3,1 kg presa a uma mola com k = 430 N/m é deslocada 5 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule a energia total E da oscilação.
m = 3,1 kgk = 430 N/mA = 5 cm
E = J
19.Vibrações mecânicasMédia
Uma massa de 20 kg é sustentada por uma mola com rigidez de 100 kN/m e por um amortecedor viscoso com coeficiente de amortecimento de 570 N·s/m. Encontre o fator de amortecimento ζ.
m = 20 kgk = 100 kN/mc = 570 N·s/m
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
Uma massa de 40 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 = 30 kN/m. Encontre a rigidez equivalente keq do sistema de molas em kN/m.
m = 40 kgk1 = 80 kN/mk2 = 30 kN/m
keq = kN/m
3Soluções
1.Cinemática
Resposta: s = 123,5 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.
Unidades
v₀ = 120/3,6 = 33,33 m/s
Distância de frenagem
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 33,33²/(2·4,5) = 123,5 m
Resposta
s = 123,5 m
2.Cinemática
Resposta: s = 179,7 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.
Velocidade máxima
v = a1·t1 = 1·11 = 11 m/s
Distância de cada fase
s1 = ½·1·11² = 60,5 m
s2 = 11·9 = 99 m
s3 = 11²/(2·3) = 20,17 m
Distância total
s = 60,5 + 99 + 20,17 = 179,7 m
Resposta
s = 179,7 m
3.Leis de Newton
Resposta: a = 1,051 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.
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 fio
m₂·g = 93,2 N
m₁·g·sin θ = 30,95 N
μ·m₁·g·cos θ = 8,839 N
Aceleração do sistema
a = (93,2 − 30,95 − 8,839)/15 = 3,561 m/s²
Resposta
a = 3,561 m/s²
5.Movimento de projéteis
Resposta: x = 14,46 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 = 12·cos 40° = 9,193 m/s
vy = v0·sin θ = 12·sin 40° = 7,713 m/s
Tempo no ar
Partindo e chegando na mesma altura: t = 2vy/g.
t = 2·7,713/9,81 = 1,573 s
Distância horizontal
x = vx·t = 9,193·1,573 = 14,46 m
Resposta
x = 14,46 m
6.Movimento de projéteis
Resposta: x = 129,4 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 = 34·cos 60° = 17 m/s
vy = v0·sin θ = 34·sin 60° = 29,44 m/s
Tempo no ar
Resolva y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 para a raiz positiva.
0 = 60 + 29,44·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (29,44 + √(867 + 1177))/9,81 = 7,61 s
Distância horizontal
x = vx·t = 17·7,61 = 129,4 m
Resposta
x = 129,4 m
7.Movimento circular
Resposta: vmax = 12,53 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) = √(0,8·9,81·20) = 12,53 m/s
Resposta
vmax = 12,53 m/s (45,1 km/h)
8.Movimento circular
Resposta: T = 90,48 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 = 1,9·9,81 + 1,9·5,5²/0,8 = 18,64 + 71,84 = 90,48 N
Resposta
T = 90,48 N
9.Trabalho e energia
Resposta: h = 1,835 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 = 6 cm = 0,06 m
½kx² = ½·2000·0,06² = 3,6 J
Altura
m·g = 0,2·9,81 = 1,962 N
h = ½kx²/(mg) = 3,6/1,962 = 1,835 m
Resposta
h = 1,835 m
10.Trabalho e energia
Resposta: N = 19,62 N
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·(6 − 4) = 39,24 m²/s²
Forças no topo
m·g = 2·9,81 = 19,62 N
N = mv²/R − mg = 2·39,24/2 − 19,62 = 19,62 N
Resposta
N = 19,62 N
O carrinho completa o loop no limite quando h = 2,5R; então N = 0 no topo.
11.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: v′2 = 5,684 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 = (4,5 − 5)/(4,5 + 5)·6 = −0,3158 m/s
v′2 = 2·4,5/(4,5 + 5)·6 = 5,684 m/s
Resposta
v′2 = 5,684 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: Favg = 487,5 N
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 = 0,5·(9 + 30) = 19,5 N·s
Força média
Favg = J/Δt = 19,5/0,04 = 487,5 N
Resposta
Favg = 487,5 N
13.Rotação de corpo rígido
Resposta: ω = 3,47 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.
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 = 4,5·sin 25° = 1,902 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 = √(2·9,81·1,902/1,4) = 5,163 m/s
Resposta
v = 5,163 m/s
15.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: P = 4,123 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 = 11,78 m/s
Potência
P = (500 − 150)·11,78 = 4123 W = 4,123 kW
Resposta
P = 4,123 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: nout = 568,9 rpm
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.
Primeiro estágio
nB = 960·40/60 = 640 rpm = nC
Segundo estágio
nout = 640·16/18 = 568,9 rpm
Resposta
nout = 568,9 rpm
relação total = 1,688 : 1
17.Molas e pêndulos
Resposta: L = 0,7181 m
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.
Isole o comprimento
L = g·(T/2π)² = 9,81·(1,7/2π)² = 0,7181 m
Resposta
L = 0,7181 m
18.Molas e pêndulos
Resposta: E = 0,5375 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 = √(430/3,1) = 11,78 rad/s
Energia
E = ½·k·A² = ½·430·0,05² = 0,5375 J
Resposta
E = 0,5375 J
19.Vibrações mecânicas
Resposta: ζ = 0,2015
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·√(100000·20) = 2828 N·s/m
Fator de amortecimento
ζ = c/cc = 570/2828 = 0,2015
Resposta
ζ = 0,2015
ζ < 1, então o sistema é subamortecido e oscila enquanto decai.
20.Vibrações mecânicas
Resposta: keq = 21,82 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.