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
t (s)v (m/s)4,63 s27,78

Um carro a 100 km/h freia com desaceleração constante de 6 m/s² até parar. Calcule a distância de frenagem s.

v₀ = 100 km/ha = −6 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 16 m/s5 m

Uma bola é lançada verticalmente para cima a 16 m/s da beira de um telhado a 5 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 = 16 m/sh₀ = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leis de NewtonMédia
θ = 45°a = ?m = 5 kg

Um bloco de 5 kg desliza para baixo em um plano inclinado a 45° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.

m = 5 kgθ = 45°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 2,5 kg3,5 kgμ = 0,2

Um bloco de 2,5 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 0,2. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio.

m1 = 2,5 kgm2 = 3,5 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
v0​ = 20 m/s25°alcanceH = ?

Uma bola é lançada a 25° acima da horizontal do chão plano. Despreze a resistência do ar. Encontre a altura máxima H que a bola alcança.

v0 = 20 m/sθ = 25°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 25 mv0​ = 27 m/s40°x = ?

Uma bola é lançada a 40° acima da horizontal do topo de um penhasco de 25 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 27 m/sθ = 40°h = 25 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 2,8 mω = ?

Em um rotor de parque de diversões, as pessoas ficam encostadas na parede de um cilindro vertical de raio 2,8 m. Quando ele gira rápido o bastante, o piso desce e o atrito as segura. O coeficiente de atrito estático é 0,8. Use g = 9,81 m/s². Encontre a menor velocidade angular ω em rad/s.

r = 2,8 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
ω = rad/s
8.Movimento circularDifícil
r = 1 mv = ?

Uma bola presa a um fio de 1 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 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabalho e energiaMédia
45°d = 14 mμ = 0,25

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 45° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 14 m ao longo da rampa.

θ = 45°μ = 0,25d = 14 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
h = 4,5 mL = 1,5 mμ = 0,3k = 5000 N/m

Um bloco de 4 kg é solto do repouso na altura 4,5 m em uma rampa lisa. Embaixo ele atravessa uma faixa horizontal áspera de 1,5 m (μ = 0,3) e depois encontra uma mola (k = 5000 N/m) em uma superfície lisa. Encontre a compressão máxima x da mola.

m = 4 kgh = 4,5 mL = 1,5 mμ = 0,3k = 5000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
1,5 kg10 m/s2,5 kg

Um carrinho de 1,5 kg a 10 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 2,5 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′2 do segundo carrinho após a colisão.

m1 = 1,5 kgm2 = 2,5 kgv1 = 10 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
25 m/s11 m/s

Uma bola de 0,35 kg atinge uma parede a 25 m/s e volta em linha reta a 11 m/s. O contato dura 50 ms. Calcule o módulo do impulso J que a parede aplica à bola.

m = 0,35 kgvin = 25 m/svout = 11 m/sΔt = 50 ms
J = N·s
13.Rotação de corpo rígidoMédia
n = 2200 rpmTb​ = 190 N·mI = 27 kg·m²

Um volante com momento de inércia de 27 kg·m² gira a 2200 rpm. Um freio aplica um torque de atrito constante de 190 N·m. Quanto tempo t ele leva para parar?

I = 27 kg·m²n = 2200 rpmTb = 190 N·m
t = s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
disco: 6 kganel: 2 kgn1​ = 650 rpm

Um disco maciço uniforme (massa 6 kg, raio 0,4 m) gira livremente a 650 rpm em torno de um eixo vertical sem atrito. Um anel fino de massa 2 kg e mesmo raio é solto sobre ele a partir do repouso, centrado no eixo, e os dois logo passam a girar juntos. Encontre a velocidade comum n2 deles em rpm.

Mdisc = 6 kgMring = 2 kgR = 0,4 mn1 = 650 rpm
n2 = rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
N1​ = 24, m = 3 mm

Um motor de 1,1 kW girando a 1450 rpm aciona um pinhão com 24 dentes e módulo de 3 mm. Encontre a força tangencial Ft nos dentes do pinhão.

P = 1,1 kWn = 1450 rpmN1 = 24m = 3 mm
Ft = N
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
d1​ = 100 mmd2​ = 500 mm1450 rpmC = 1200 mmθ = ?

Uma correia aberta liga uma polia de 100 mm e uma polia de 500 mm cujos centros estão a 1200 mm de distância. Encontre o ângulo de abraçamento θ na polia menor, em graus.

d1 = 100 mmd2 = 500 mmC = 1200 mm
θ = °
17.Molas e pêndulosMédia
3,1 kgk = 130 N/mA = 4 cmx = 1 cm

Uma massa de 3,1 kg presa a uma mola com k = 130 N/m oscila sobre uma superfície sem atrito com amplitude de 4 cm. Encontre sua velocidade v quando ela está a 1 cm do equilíbrio.

m = 3,1 kgk = 130 N/mA = 4 cmx = 1 cm
v = m/s
18.Molas e pêndulosDifícil
2,6 kgk = 270 N/m

Uma massa de 2,6 kg é presa à extremidade inferior de uma mola vertical não deformada com k = 270 N/m e solta do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre a maior velocidade vmax da massa.

m = 2,6 kgk = 270 N/mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
19.Vibrações mecânicasMédia
tx12 mm3 ciclos3,9 mm

Em um ensaio de vibração livre de um sistema massa–mola amortecido, um pico de deslocamento de 12 mm é seguido, 3 ciclos depois, por um pico de 3,9 mm. Encontre o fator de amortecimento ζ.

x0 = 12 mmx3 = 3,9 mmn = 3
ζ =
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 15k2​ = 20k3​ = 25m = 50 kg

Uma massa de 50 kg está pendurada na mola k₃ = 25 kN/m. O topo de k₃ está preso a uma barra rígida que está pendurada em duas molas lado a lado, k₁ = 15 kN/m e k₂ = 20 kN/m; a barra permanece nivelada. Despreze o amortecimento e as massas das molas e da barra. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.

m = 50 kgk1 = 15 kN/mk2 = 20 kN/mk3 = 25 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: s = 64,3 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 frenagem

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·6) = 64,3 m

Resposta

s = 64,3 m
2.Cinemática

Resposta: t = 3,549 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.

−5 = 16·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 16·t − 5 = 0

Resolva a equação do segundo grau

Só a raiz positiva tem sentido físico.

t = (16 + √(16² + 2·9,81·5))/9,81 = 3,549 s

Resposta

t = 3,549 s
3.Leis de Newton

Resposta: a = 6,243 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° − 0,1·cos 45°) = 9,81·(0,7071 − 0,07071) = 6,243 m/s²

Resposta

a = 6,243 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: T = 17,17 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 − 4,905)/6 = 4,905 m/s²

Tração a partir do bloco na mesa

T − μ·m1·g = m1·a
T = 2,5·4,905 + 4,905 = 17,17 N

Resposta

T = 17,17 N
5.Movimento de projéteis

Resposta: H = 3,641 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 = 20·cos 25° = 18,13 m/s
vy = v0·sin θ = 20·sin 25° = 8,452 m/s

Ponto mais alto

No topo a velocidade vertical é zero: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 8,452²/(2·9,81) = 3,641 m

Resposta

H = 3,641 m
6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 95,92 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 = 27·cos 40° = 20,68 m/s
vy = v0·sin θ = 27·sin 40° = 17,36 m/s

Tempo no ar

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

0 = 25 + 17,36·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (17,36 + √(301,2 + 490,5))/9,81 = 4,637 s

Distância horizontal

x = vx·t = 20,68·4,637 = 95,92 m

Resposta

x = 95,92 m
7.Movimento circular

Resposta: ω = 2,093 rad/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.

Forças sobre uma pessoa

N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g

Velocidade angular

ω = √(g/(μ·r)) = √(9,81/(0,8·2,8)) = 2,093 rad/s

Resposta

ω = 2,093 rad/s
8.Movimento circular

Resposta: vmin = 3,132 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) = 3,132 m/s

Resposta

vmin = 3,132 m/s
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 12,07 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 = √(2·9,81·14·(0,7071 − 0,25·0,7071)) = 12,07 m/s

Resposta

v = 12,07 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: x = 25,21 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 = 39,24·(4,5 − 0,3·1,5) = 158,9 J

Compressão máxima

½kx² = 158,9 → x = √(2·158,9/5000) = 0,2521 m = 25,21 cm

Resposta

x = 25,21 cm
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = 7,5 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 = (1,5 − 2,5)/(1,5 + 2,5)·10 = −2,5 m/s
v′2 = 2·1,5/(1,5 + 2,5)·10 = 7,5 m/s

Resposta

v′2 = 7,5 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: J = 12,6 N·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.

Variação da quantidade de movimento

J = m·Δv = 0,35·(11 + 25) = 12,6 N·s

Resposta

J = 12,6 N·s
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: t = 32,74 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.

Velocidade angular

ω = 2π·2200/60 = 230,4 rad/s

Desaceleração e tempo

α = Tb/I = 190/27 = 7,037 rad/s²
t = ω/α = 230,4/7,037 = 32,74 s

Resposta

t = 32,74 s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: n2 = 390 rpm

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 = ½·6·0,4² = 0,48 kg·m²
I2 = 2·0,4² = 0,32 kg·m²

Conservação da quantidade de movimento angular

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 650·0,48/0,8 = 390 rpm

Resposta

n2 = 390 rpm
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: Ft = 201,2 N

Geometria de engrenagens: o módulo m define o tamanho do dente. Uma engrenagem com N dentes tem diâmetro primitivo d = m·N, duas engrenagens acopladas têm o mesmo módulo, e a distância entre centros é a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. A velocidade tangencial no diâmetro primitivo é v = π·d·n/60, e a força tangencial no dente vem do torque: Ft = 2T/d.

Torque no pinhão

ω = 2π·1450/60 = 151,8 rad/s
T = P/ω = 1100/151,8 = 7,244 N·m

Diâmetro primitivo

d = m·N = 3·24 = 72 mm

Força tangencial

Ft = 2T/d = 2·7,244/0,072 = 201,2 N

Resposta

Ft = 201,2 N
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: θ = 160,8 °

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(0,1667) = 9,594°

Ângulo de abraçamento

θ = 180 − 2·9,594 = 160,8°

Resposta

θ = 160,8°
17.Molas e pêndulos

Resposta: v = 0,2508 m/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.

Frequência angular

ω = √(130/3,1) = 6,476 rad/s

Velocidade em x

v = ω·√(A² − x²) = 6,476·√(0,04² − 0,01²) = 0,2508 m/s

Resposta

v = 0,2508 m/s
18.Molas e pêndulos

Resposta: vmax = 0,9627 m/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.

Equilíbrio e amplitude

x₀ = m·g/k = 2,6·9,81/270 = 0,09447 m = A

Maior velocidade

A velocidade é máxima no equilíbrio.

ω = √(270/2,6) = 10,19 rad/s
vmax = A·ω = 0,09447·10,19 = 0,9627 m/s

Resposta

vmax = 0,9627 m/s
19.Vibrações mecânicas

Resposta: ζ = 0,05952

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 = (1/3)·ln(12/3,9) = 0,3746

Fator de amortecimento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,3746/√(39,48 + 0,1404) = 0,05952

Resposta

ζ = 0,05952
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 2,718 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

Só k1 e k2 estão em paralelo. Esse par está em série com k3, então combine-os pelos inversos.

k12 = 15 + 20 = 35 kN/m
keq = 35·25/(35 + 25) = 14,58 kN/m

Frequência natural

ωn = √(14583/50) = 17,08 rad/s
fn = 17,08/(2π) = 2,718 Hz

Resposta

fn = 2,718 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics