Física ll Oscilações

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FÍSICA TEÓRICA E EXPEREIMENTAL II
OSCILAÇÕES AMORTECIDAS, FORÇADAS E
RESSONÂNCIA
Prof. Tarcilene Heleno
Movimento Harmônico Amortecido
Oscilações Subcrítica: é a oscilação cuja amplitude reduz-se de acordo com uma curva exponencial (tracejada) definida. Este tipo de oscilação é o mais comum na prática, pois a redução gradativa da amplitude é inevitável devido a perda da energia mecânica. 
Quando o anteparo se move no líquido esse movimento é amortecido por uma força que surge devido à viscosidade do líquido. F= - b v, na qual b é chamado de constante de amortecimento.
F = - k x - b v
m a = - k x - b v
Movimento Harmônico Amortecido
Tipos de Amortecimento no MHS
Movimento Harmônico Amortecido
Amortecimento crítico: o sistema não oscila mais, retornando para sua posição de equilíbrio sem oscilar.
Amortecimento supercrítico: corresponde a um superamortecimento. O sistema não mais oscila, mas volta para posição de equilíbrio mais devagar do que o caso anterior.
Amortecimento subcrítico: sistema oscila com uma amplitude que diminui continuamente. Essa condição denomina-se de subamortecimento.
Oscilações forçadas
O movimento oscilatório é descrito como forçado quando uma força periódica é aplicada.
A condição de ressonância ocorre quando a frequência excitadora ωe se iguala à frequência natural do sistema, ω. Nessa situação a amplitude aumenta consideravelmente, ao ponto de promover o colapso da estrutura. 
Ressonância
Todas as estruturas mecânicas tem uma ou mais frequências naturais de oscilação. Se a estrutura for submetida a uma força externa periódica cuja frequência coincida com uma das frequências naturais, a amplitude da oscilação atingirá valores elevados que podem levar ao colapso da estrutura. Este fenômeno é denominado ressonância.
Exemplo: impulsionando uma criança sentada num balanço. A amplitude de oscilação aumenta significativamente quando a frequência de transmissão dos impulsos é igual a frequência de oscilação livre do balanço.
Ressonância
Um exemplo histórico do fenômeno de ressonância foi a queda da ponte pênsil do
estreito de Tacoma (Washington, EUA) quando ventos soprando sobre a ponte provocaram oscilações de ressonância que levaram à sua destruição em novembro de 1940, quatro meses depois de ter sido inaugurada. A ponte, de 840 m de comprimento e 12 m de largura, foi aberta para o trânsito em 1º de julho.
Logo ficou conhecida pelas desagradáveis oscilações quando ventava. No dia 7 de novembro, um vento de 60 a 70 km/h provocou uma oscilação na ponte com uma frequência de 36 vibrações por minuto (0.6 Hz). Quando a amplitude da oscilação ficou muito grande, a ponte foi interditada.
Ressonância
O mecanismo que causou a catástrofe parece ter sido as oscilações causadas pelos vórtices alternados provocados pelo vento. Uma vez que a ponte começou oscilar desta forma, o movimento levou a formação de outros vórtices auto-induzidos (motion –induced vortices). Este movimento acabou levando a ponte para sua frequência de ressonância.
A frequência da oscilação causada pelos vórtices alternados provocados pelo vento, coincidia com a frequência de vibração natural da estrutura (condição de ressonância).
Ressonância
Ressonância
Todos os sistemas oscilantes possuem suas características próprias como a massa e a constante elástica, isso confere aos sistemas uma frequência natural (f0) para o oscilador, porém um fenômeno interessante acontece quando as oscilações forçadas coincidem com a frequência natural do sistema oscilante, trata-se do fenômeno da ressonância.
Quando a frequência externa (f), das oscilações forçadas coincide com a frequência natural (f0), o sistema entra em ressonância com a fonte. A amplitude, então, pode atingir valores altíssimos, e isso depende da resistência do sistema.