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)1,2 s22,22

Uma motorista a 80 km/h vê um obstáculo. Seu tempo de reação é 1,2 s, depois do qual o carro freia com desaceleração constante de 7,5 m/s². Encontre a distância total de parada d a partir do momento em que ela vê o obstáculo.

v₀ = 80 km/htr = 1,2 sa = −7,5 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
a = 38 m/s²

Um foguete-modelo é lançado verticalmente para cima a partir do repouso. Seu motor lhe dá uma aceleração constante para cima de 38 m/s² durante 2 s, depois disso o motor desliga e o foguete se move livremente. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a altura máxima hmax que o foguete atinge.

a = 38 m/s²t1 = 2 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leis de NewtonMédia
40 kg40°F = 110 Nμ = 0,2

Um trenó de 40 kg é puxado sobre neve plana por uma corda a 40° acima da horizontal com uma força de 110 N. O coeficiente de atrito cinético é 0,2. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração a do trenó.

m = 40 kgF = 110 Nθ = 40°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
m1​ = 8 kg3,5 kgμ = 0,2

Um bloco de 8 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 aceleração a do sistema.

m1 = 8 kgm2 = 3,5 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Movimento de projéteisMédia
116 my = ?v0​ = 38 m/s50°

Uma bola é chutada a partir do chão plano a 38 m/s e 50° acima da horizontal em direção a um muro a 116 m de distância. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². A que altura y a bola passa pelo muro?

v₀ = 38 m/sθ = 50°x = 116 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Movimento de projéteisDifícil
h = 30 mv0​ = 32 m/s45°x = ?

Uma bola é lançada a 45° acima da horizontal do topo de um penhasco de 30 m. Despreze a resistência do ar. Encontre a distância horizontal x percorrida antes de a bola atingir o chão.

v0 = 32 m/sθ = 45°h = 30 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimento circularMédia
r = 70 m20 m/s

Um carro de 1800 kg passa pelo topo de uma lombada a 20 m/s. O topo da lombada é um arco de circunferência de raio 70 m. Use g = 9,81 m/s². Encontre a força normal N da estrada sobre o carro no topo.

m = 1800 kgv = 20 m/sr = 70 mg = 9,81 m/s²
N = N
8.Movimento circularDifícil
r = 1,4 mv = 3,5 m/s

Uma bola de 1,9 kg presa a um fio de 1,4 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 = 1,9 kgr = 1,4 mv = 3,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
30°d = 10 mμ = 0,1

Um bloco desliza a partir do repouso por uma rampa a 30° da horizontal. O coeficiente de atrito cinético é 0,1. Encontre sua velocidade v depois de deslizar 10 m ao longo da rampa.

θ = 30°μ = 0,1d = 10 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabalho e energiaDifícil
F = 115 N30°μ = 0,258 kg

Um bloco de 8 kg parte do repouso na base de uma rampa de 30° e é puxado rampa acima por uma força constante de 115 N paralela à rampa. O coeficiente de atrito cinético é 0,25. Encontre a velocidade v do bloco depois de ele subir 9 m pela rampa.

m = 8 kgF = 115 Nθ = 30°μ = 0,25d = 9 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
2 kg4 m/s1 kg

Um carrinho de 2 kg a 4 m/s sofre uma colisão frontal perfeitamente elástica com um carrinho de 1 kg em repouso em um trilho sem atrito. Calcule a velocidade v′2 do segundo carrinho após a colisão.

m1 = 2 kgm2 = 1 kgv1 = 4 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
22 m/s12 m/s

Uma bola de 0,3 kg atinge uma parede a 22 m/s e volta em linha reta a 12 m/s. O contato dura 40 ms. Calcule a força média Favg da parede sobre a bola.

m = 0,3 kgvin = 22 m/svout = 12 m/sΔt = 40 ms
Favg = N
13.Rotação de corpo rígidoMédia
v = ?L = 1,3 mm = 5 kg

Uma barra esbelta uniforme de massa 5 kg e comprimento 1,3 m está articulada em uma extremidade e é solta do repouso na posição horizontal. 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 = 5 kgL = 1,3 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
3,5 m/sω

Um corpo (aro fino) de massa 14 kg rola sem deslizar a 3,5 m/s. Encontre sua energia cinética total Ek.

m = 14 kgv = 3,5 m/sI = m·r²
Ek = J
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
d1​ = 120 mmd2​ = 450 mm720 rpmn2​ = ?

Uma polia de 120 mm a 720 rpm aciona uma polia de 450 mm por uma correia com 4 % de escorregamento. Encontre a velocidade n2 da polia movida.

n1 = 720 rpmd1 = 120 mmd2 = 450 mms = 4 %
n2 = rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
A = 16B = 32C = 24D = 60

Em um trem de engrenagens composto, a engrenagem A (16 dentes), no eixo de entrada girando a 2900 rpm, aciona a engrenagem B (32 dentes). A engrenagem C (24 dentes) está fixada no mesmo eixo que B e aciona a engrenagem D (60 dentes) no eixo de saída. Calcule a rotação de saída nout.

nin = 2900 rpmA = 16B = 32C = 24D = 60
nout = rpm
17.Molas e pêndulosMédia
L = 2,9 m

Um pêndulo simples tem comprimento de 2,9 m. Use g = 9,81 m/s². Calcule seu período T para pequenas oscilações.

L = 2,9 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Molas e pêndulosDifícil
2,7 kgk = 480 N/m

Uma massa de 2,7 kg é presa à extremidade inferior de uma mola vertical não deformada com k = 480 N/m e solta do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre a maior velocidade vmax da massa.

m = 2,7 kgk = 480 N/mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
19.Vibrações mecânicasMédia
k = 200 kN/mζ = 0,7m = 8 kg

Uma massa de 8 kg sobre uma mola com rigidez de 200 kN/m tem um amortecedor viscoso que dá um fator de amortecimento de 0,7. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.

m = 8 kgk = 200 kN/mζ = 0,7
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
k1​ = 30k2​ = 60m = 20 kg

Uma massa de 20 kg está pendurada em duas molas lado a lado (em paralelo), com rigidezes k₁ = 30 kN/m e k₂ = 60 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 = 30 kN/mk2 = 60 kN/m
fn = Hz

3Soluções

1.Cinemática

Resposta: d = 59,59 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 = 80/3,6 = 22,22 m/s

Distância de reação

d1 = v₀·tr = 22,22·1,2 = 26,67 m

Distância de frenagem

d2 = v₀²/(2a) = 22,22²/(2·7,5) = 32,92 m

Total

d = 26,67 + 32,92 = 59,59 m

Resposta

d = 59,59 m
2.Cinemática

Resposta: hmax = 370,4 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.

Fase propulsada

v₁ = 38·2 = 76 m/s
h₁ = ½·38·2² = 76 m

Voo livre subindo

No topo a velocidade é zero.

Δh = v₁²/(2g) = 76²/(2·9,81) = 294,4 m
hmax = 76 + 294,4 = 370,4 m

Resposta

hmax = 370,4 m
3.Leis de Newton

Resposta: a = 0,4982 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 = 392,4 − 110·sin 40° = 321,7 N

Forças horizontais

m·a = F·cos θ − μ·N = 84,26 − 64,34
a = 19,93/40 = 0,4982 m/s²

Resposta

a = 0,4982 m/s²
4.Leis de Newton

Resposta: a = 1,621 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.

Aceleração do sistema

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (34,34 − 15,7)/11,5 = 1,621 m/s²

Resposta

a = 1,621 m/s²
5.Movimento de projéteis

Resposta: y = 27,62 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.

Tempo até o muro

vx = 38·cos 50° = 24,43 m/s
t = x/vx = 116/24,43 = 4,749 s

Altura nesse instante

y = 29,11·4,749 − ½·9,81·4,749² = 27,62 m

Resposta

y = 27,62 m

No muro a bola já está descendo.

6.Movimento de projéteis

Resposta: x = 128,7 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 = 32·cos 45° = 22,63 m/s
vy = v0·sin θ = 32·sin 45° = 22,63 m/s

Tempo no ar

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

0 = 30 + 22,63·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (22,63 + √(512 + 588,6))/9,81 = 5,688 s

Distância horizontal

x = vx·t = 22,63·5,688 = 128,7 m

Resposta

x = 128,7 m
7.Movimento circular

Resposta: N = 7372 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 topo

Em direção ao centro (para baixo) é positivo.

m·g − N = m·v²/r
N = 1800·9,81 − 1800·20²/70 = 17658 − 10286 = 7372 N

Resposta

N = 7372 N

O carro fica mais leve: a estrada empurra para cima menos que o seu peso.

8.Movimento circular

Resposta: T = 35,26 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 + 1,9·3,5²/1,4 = 18,64 + 16,63 = 35,26 N

Resposta

T = 35,26 N
9.Trabalho e energia

Resposta: v = 9,006 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 = √(2·9,81·10·(0,5 − 0,1·0,866)) = 9,006 m/s

Resposta

v = 9,006 m/s
10.Trabalho e energia

Resposta: v = 11,5 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).

Forças ao longo do plano

m·g = 8·9,81 = 78,48 N
mg·sin θ = 39,24 N
μ·mg·cos θ = 16,99 N

Trabalho–energia

½mv² = (115 − 56,23)·9 = 528,9 J
v = √(2·528,9/8) = 11,5 m/s

Resposta

v = 11,5 m/s
11.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: v′2 = 5,333 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 = (2 − 1)/(2 + 1)·4 = 1,333 m/s
v′2 = 2·2/(2 + 1)·4 = 5,333 m/s

Resposta

v′2 = 5,333 m/s
12.Quantidade de movimento e colisões

Resposta: Favg = 255 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 = 0,3·(12 + 22) = 10,2 N·s

Força média

Favg = J/Δt = 10,2/0,04 = 255 N

Resposta

Favg = 255 N
13.Rotação de corpo rígido

Resposta: v = 6,185 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 = 5·9,81·0,65 = 31,88 J

Momento de inércia em relação ao pino

IO = m·L²/3 = 5·1,3²/3 = 2,817 kg·m²

Balanço de energia

½·IO·ω² = 31,88 → ω = √(2·31,88/2,817) = 4,758 rad/s
v = ω·L = 4,758·1,3 = 6,185 m/s

Resposta

v = 6,185 m/s
14.Rotação de corpo rígido

Resposta: Ek = 171,5 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.

Partes de translação e de rotação

Etrans = ½·m·v² = ½·14·3,5² = 85,75 J
Erot = ½·I·ω² = ½·1·m·r²·(v/r)² = 1·85,75 = 85,75 J

Total

Ek = 85,75 + 85,75 = 171,5 J

Resposta

Ek = 171,5 J
15.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: n2 = 184,3 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

720·120/450 = 192 rpm

Com escorregamento

n2 = 192·0,96 = 184,3 rpm

Resposta

n2 = 184,3 rpm
16.Engrenagens e trens de engrenagens

Resposta: nout = 580 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 = 2900·16/32 = 1450 rpm = nC

Segundo estágio

nout = 1450·24/60 = 580 rpm

Resposta

nout = 580 rpm

relação total = 5 : 1

17.Molas e pêndulos

Resposta: T = 3,416 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·√(2,9/9,81) = 3,416 s

Resposta

T = 3,416 s
18.Molas e pêndulos

Resposta: vmax = 0,7358 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 = 2,7·9,81/480 = 0,05518 m = A

Maior velocidade

A velocidade é máxima no equilíbrio.

ω = √(480/2,7) = 13,33 rad/s
vmax = A·ω = 0,05518·13,33 = 0,7358 m/s

Resposta

vmax = 0,7358 m/s
19.Vibrações mecânicas

Resposta: fd = 17,97 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.

Frequência natural não amortecida

ωn = √(200000/8) = 158,1 rad/s
fn = 158,1/(2π) = 25,16 Hz

Frequência natural amortecida

fd = fn·√(1 − ζ²) = 25,16·√(1 − 0,7²) = 17,97 Hz

Resposta

fd = 17,97 Hz
20.Vibrações mecânicas

Resposta: fn = 10,68 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 = 30 + 60 = 90 kN/m

Frequência natural

ωn = √(90000/20) = 67,08 rad/s
fn = 67,08/(2π) = 10,68 Hz

Resposta

fn = 10,68 Hz

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