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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
Uma motorista a 60 km/h vê um obstáculo. Seu tempo de reação é 0,8 s, depois do qual o carro freia com desaceleração constante de 4 m/s². Encontre a distância total de parada d a partir do momento em que ela vê o obstáculo.
v₀ = 60 km/htr = 0,8 sa = −4 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
Uma pedra é solta do repouso em um poço. O som do impacto na água é ouvido 4,3 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 = 4,3 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Leis de NewtonMédia
Um bloco de 12 kg desliza para baixo em um plano inclinado sem atrito a 40° da horizontal. Use g = 9,81 m/s². Calcule a aceleração a do bloco ao longo do plano.
m = 12 kgθ = 40°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leis de NewtonDifícil
Dois blocos sobre um piso horizontal estão ligados por um fio horizontal leve. Uma força horizontal de 100 N puxa o bloco da frente, de 1 kg; o bloco de 6 kg é rebocado atrás. O coeficiente de atrito cinético é 0,1 para os dois blocos. Use g = 9,81 m/s². Encontre a tração T no fio de ligação.
m1 = 6 kgm2 = 1 kgF = 100 Nμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Movimento de projéteisMédia
Uma bola é lançada a partir do chão plano a 45° acima da horizontal e cai a 35 m de distância. Despreze a resistência do ar e use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade de lançamento v0.
θ = 45°R = 35 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Movimento de projéteisDifícil
Uma bola é lançada a 35° acima da horizontal do topo de um penhasco de 15 m. Despreze a resistência do ar. Encontre o tempo de voo t até a bola atingir o chão.
v0 = 32 m/sθ = 35°h = 15 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimento circularMédia
Um engenheiro rodoviário quer que os carros façam uma curva de raio 330 m a 120 km/h sem depender do atrito. Use g = 9,81 m/s². Encontre o ângulo de sobrelevação θ.
r = 330 mv = 120 km/hg = 9,81 m/s²
θ = °
8.Movimento circularDifícil
Uma bola de 1,8 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 m/s. Use g = 9,81 m/s². Calcule a tração T no fio no ponto mais baixo.
m = 1,8 kgr = 0,6 mv = 3 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabalho e energiaMédia
Um carro de 1500 kg sobe uma rampa de 8° a 54 km/h constantes. A resistência do ar e a resistência ao rolamento juntas somam 250 N. Encontre a potência P que as rodas devem fornecer, em kW.
Um carrinho de 5 kg é solto do repouso a uma altura de 5,2 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 = 5 kgh = 5,2 mR = 2 mg = 9,81 m/s²
N = N
11.Quantidade de movimento e colisõesMédia
Um projétil de 4 kg que se move horizontalmente a 16 m/s explode em dois fragmentos que se movem ao longo da mesma reta. O fragmento de 2 kg continua para a frente a 69 m/s. Encontre a velocidade v′2 do fragmento de 2 kg (positiva no sentido original).
M = 4 kgu = 16 m/sm1 = 2 kgv′1 = 69 m/sm2 = 2 kg
v′2 = m/s
12.Quantidade de movimento e colisõesDifícil
Um carro de 2000 kg colide com um carro estacionado de 2000 kg. Os destroços ficam presos um ao outro e derrapam 5 m antes de parar. O coeficiente de atrito cinético entre os pneus e a estrada é 0,8. Use g = 9,81 m/s². Encontre a velocidade v1 do primeiro carro logo antes da colisão.
Uma barra esbelta uniforme de massa 13 kg e comprimento 1,6 m está articulada em uma extremidade e mantida na horizontal. Ela é solta a partir do repouso. Use g = 9,81 m/s². Encontre a aceleração atip da extremidade livre logo após ser solta.
m = 13 kgL = 1,6 mg = 9,81 m/s²
atip = m/s²
14.Rotação de corpo rígidoDifícil
Um corpo (esfera oca) rola sem deslizar por um plano inclinado de 15° em relação à horizontal. Use g = 9,81 m/s². Ele parte do repouso. Quanto tempo t leva para rolar 9,5 m plano abaixo?
θ = 15°I = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²s = 9,5 m
t = s
15.Engrenagens e trens de engrenagensMédia
Uma correia passa por uma polia motora de 125 mm a 1500 rpm. A tração é de 500 N no lado tracionado e de 125 N no lado frouxo. Encontre a potência P transmitida, em kW.
d1 = 125 mmn1 = 1500 rpmT1 = 500 NT2 = 125 N
P = kW
16.Engrenagens e trens de engrenagensDifícil
Uma correia aberta liga uma polia motora de 160 mm a 1440 rpm a uma polia de 300 mm; os centros estão a 500 mm de distância. O coeficiente de atrito é 0,3 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).
Um astronauta em outro planeta verifica que um pêndulo simples de 0,6 m tem período de 1,45 s para pequenas oscilações. Encontre a aceleração da gravidade g nesse planeta.
L = 0,6 mT = 1,45 s
g = m/s²
18.Molas e pêndulosDifícil
Uma massa de 3,3 kg presa a uma mola com k = 470 N/m é deslocada 2 cm da posição de equilíbrio e solta. Calcule a energia total E da oscilação.
m = 3,3 kgk = 470 N/mA = 2 cm
E = J
19.Vibrações mecânicasMédia
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 0,6. Encontre a frequência natural amortecida fd da sua vibração livre em Hz.
m = 8 kgk = 200 kN/mζ = 0,6
fd = Hz
20.Vibrações mecânicasDifícil
Uma massa de 10 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 = 80 kN/m. Despreze o amortecimento e as massas das molas. Encontre a frequência natural fn da vibração vertical em Hz.
m = 10 kgk1 = 80 kN/mk2 = 80 kN/m
fn = Hz
3Soluções
1.Cinemática
Resposta: d = 48,06 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 = 60/3,6 = 16,67 m/s
Distância de reação
d1 = v₀·tr = 16,67·0,8 = 13,33 m
Distância de frenagem
d2 = v₀²/(2a) = 16,67²/(2·4) = 34,72 m
Total
d = 13,33 + 34,72 = 48,06 m
Resposta
d = 48,06 m
2.Cinemática
Resposta: d = 81 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·(4,3 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 1475 = 0
Tempo de queda
Só a raiz positiva tem sentido físico.
t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·1475))/(2·4,905) = 4,064 s
Profundidade
d = ½·9,81·4,064² = 81 m
Resposta
d = 81 m
3.Leis de Newton
Resposta: a = 6,306 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.
Com o mesmo μ nos dois blocos, o atrito sai da conta: T = F·m₁/(m₁ + m₂).
5.Movimento de projéteis
Resposta: v0 = 18,53 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) = √(9,81·35/sin 90°) = 18,53 m/s
Resposta
v0 = 18,53 m/s
6.Movimento de projéteis
Resposta: t = 4,432 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.
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 35° = 26,21 m/s
vy = v0·sin θ = 32·sin 35° = 18,35 m/s
Tempo no ar
Resolva y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 para a raiz positiva.
0 = 15 + 18,35·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (18,35 + √(336,9 + 294,3))/9,81 = 4,432 s
Resposta
t = 4,432 s
7.Movimento circular
Resposta: θ = 18,94 °
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.
Unidades
v = 120/3,6 = 33,33 m/s
Ângulo de sobrelevação
tan θ = v²/(r·g) = 33,33²/(330·9,81) = 0,3432
θ = 18,94°
Resposta
θ = 18,94°
8.Movimento circular
Resposta: T = 44,66 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 = 1,8·9,81 + 1,8·3²/0,6 = 17,66 + 27 = 44,66 N
Resposta
T = 44,66 N
9.Trabalho e energia
Resposta: P = 34,47 kW
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). Potência é força vezes velocidade: P = F·v.
Força motriz
m·g = 1500·9,81 = 14715 N
mg·sin θ = 14715·sin 8° = 2048 N
F = 2048 + 250 = 2298 N
Potência
v = 54/3,6 = 15 m/s
P = F·v = 2298·15 = 34469 W = 34,47 kW
Resposta
P = 34,47 kW
10.Trabalho e energia
Resposta: N = 9,81 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·(5,2 − 4) = 23,54 m²/s²
Forças no topo
m·g = 5·9,81 = 49,05 N
N = mv²/R − mg = 5·23,54/2 − 49,05 = 9,81 N
Resposta
N = 9,81 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 = −37 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 = 4·16 = 64 kg·m/s
Quantidade de movimento depois
64 = 2·69 + 2·v′2
v′2 = (64 − 138)/2 = −37 m/s
Resposta
v′2 = −37 m/s
O sinal de menos significa que o segundo fragmento voa para trás.
12.Quantidade de movimento e colisões
Resposta: v1 = 17,72 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.
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.
Momentos em relação ao pino
No instante em que é solta, ω = 0, então não há aceleração centrípeta e o centro acelera diretamente para baixo.
atip = 1,5·g para qualquer comprimento: a extremidade livre cai mais rápido que uma pedra solta.
14.Rotação de corpo rígido
Resposta: t = 3,532 s
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.
Equações do movimento
m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0,6667·m·r²·(a/r) → f = 0,6667·m·a
Aceleração
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 15°/1,667 = 1,523 m/s²
Tempo
s = ½·a·t² → t = √(2·9,5/1,523) = 3,532 s
Resposta
t = 3,532 s
15.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: P = 3,682 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 = 9,817 m/s
Potência
P = (500 − 125)·9,817 = 3682 W = 3,682 kW
Resposta
P = 3,682 kW
16.Engrenagens e trens de engrenagens
Resposta: P = 5,56 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 = 2,861 rad
Tração do lado frouxo
eμθ = e0,8582 = 2,359, T₂ = 800/2,359 = 339,1 N
Potência
P = (800 − 339,1)·12,06 = 5,56 kW
Resposta
P = 5,56 kW
17.Molas e pêndulos
Resposta: g = 11,27 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.
Resolver para g
g = 4π²·L/T² = 4π²·0,6/1,45² = 11,27 m/s²
Resposta
g = 11,27 m/s²
18.Molas e pêndulos
Resposta: E = 0,094 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 = √(470/3,3) = 11,93 rad/s
Energia
E = ½·k·A² = ½·470·0,02² = 0,094 J
Resposta
E = 0,094 J
19.Vibrações mecânicas
Resposta: fd = 20,13 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 − 0,6²) = 20,13 Hz
Resposta
fd = 20,13 Hz
20.Vibrações mecânicas
Resposta: fn = 10,07 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 em série compartilham a mesma força e somam suas deflexões, então se combinam pelos inversos: 1/k = 1/k1 + 1/k2.