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Disciplina: Mecânica Vibratória Aula 2: Vibrações Livres não Amortecidas Centro Universitário do Norte Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Apresentação Olá, pessoal! Vamos começar mais uma aula, agora vamos abordar as vibrações livres não amortecidas, estudar as oscilações no sistema massa-mola, o pêndulo simples, no pêndulo físico e no pêndulo de torção. Desejo que seja um momento agradável e de aprendizagem a todos. Bom Estudo! Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE CONTEÚDO O conteúdo desta aula II, foi estruturado da seguinte forma: - Movimento Harmônico Simples(MHS) - Período, frequência, frequência angular - Aplicações do MHS: Sistema Massa Mola - Velocidade, aceleração e energia do MHS - Pêndulos simples - Pêndulo físico - Pêndulo de torção - Método da Energia Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Introdução Olá pessoal, Agora chegou a hora de entender o que são oscilações! Vamos estudar o movimento oscilatório, entender as características do Movimento Harmônico Simples, aplicações no sistema, massa, em pêndulos e entender o que são sistemas amortecidos, também vamos estudar as ondas sonoras e ondas numa corda. Nesse momento vamos usar alguns conceito vistos em cálculo como derivadas, e alguns conceitos da física I eII, tais como funções posição, velocidade e aceleração. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Oscilações Nosso mundo é repleto de oscilações: Ocorrem oscilações: • Nas moléculas de ar em uma onda sonora • Nas correntes elétricas em rádio. • Nos pêndulos de relógios oscilam para direita e para esquerda. • As cordas vibram nos instrumentos musicais. As oscilações ocorrem quando um sistema em equilíbrio estável é perturbado na sua posição. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Movimento Harmônico Simples(MHS) É o movimento de oscilação repetitiva, que não sofre amortecimento e permanece com a mesma amplitude ao longo do tempo. Como exemplos, vamos estudar o movimento de um corpo ligado a uma mola. Nesse movimento tem o período, a frequência, a amplitude. Na Figura, enquanto a mola faz um movimento oscilatório na vertical, a caneta presa faz um movimento ondulatório no papel. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Período e frequência Esses conceitos de período, frequência e frequência angular são gerais, servem para o estudo de oscilação, ondas e movimento circular. • Período (T): tempo de uma oscilação completa. • Frequência (𝒇): número de oscilações completas por segundo. 𝑓 = 𝑛 Δ𝑡 Para uma oscilação completa: 𝑓 = 1 𝑇 • Frequência angular: num ciclo completo a dada por 𝜔 = 2𝜋 𝑇 Amplitude: é módulo máximo deslocamento do corpo a partir da posição de equilíbrio. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Sistema massa mola em MHS Consideremos um bloco de massa m é ligado a uma mola, deslocando-se numa superfície horizontal sem atrito. Ao tirar o bloco do seu estado de equilíbrio, deslocando-o a uma posição x, começa um movimento oscilatório. A posição do varia com o tempo pela função: 𝑥 𝑡 = 𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝜙 onde 𝐴, e 𝜙 são constantes. A: amplitude : frequência angular 𝜙: constante de fase Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Velocidade, aceleração e energia mecânica A velocidade 𝑣 𝑡 = −𝐴𝜔 sen 𝜔𝑡 + 𝜙 A aceleração 𝑎 𝑡 = −𝐴𝜔2 cos 𝜔𝑡 + 𝜙 A energia mecânica 𝐸𝑚𝑒𝑐 = 1 2 𝑘𝐴2 A frequência no sistema massa mola 𝑓 = 1 𝑇 = 1 2𝜋 𝑘 𝑚 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Demonstração Quando a mola não está esticada nem comprimida, o bloco está na posição de equilíbrio 𝑥 = 0. Ao deslocar a massa até uma posição x, a mola sai de seu ponto de equilíbrio. A força restauradora está sempre dirigida para o ponto de equilíbrio e é sempre oposta ao deslocamento. Lembrando da Lei de Hooke: 𝐹 = −𝑘𝑥 Onde F é a força elástica, k a constante elástica da mola e x o deslocamento. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Demonstração(cont.) Aplicando a segunda lei de Newton Σ𝐹 = 𝑚𝑎 A única força aplicada na massa é a força elástica, então −𝑘𝑥 = 𝑚𝑎 A aceleração é a derivada da segunda da posição, logo −𝑘𝑥 = 𝑚 𝑑2𝑥 𝑑𝑡2 ou 𝑑2𝑥 𝑑𝑡2 = − 𝑘 𝑚 𝑥 Eq. (1) Agora, precisamos de uma função que satisfaça a essa equação diferencial de segunda ordem. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Equação da posição do MHS As funções senoidais seno e cosseno são funções que satisfazem a equação. Portanto a função sugerir a função: 𝑥 𝑡 = 𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝜙 Onde 𝐴, e 𝜙 são constantes A: amplitude : frequência angular 𝜙: constante de fase Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Velocidade no MHS (demonstração) Derivando a função posição temos a função velocidade: 𝑣 𝑡 = 𝑑𝑥 𝑡 𝑑𝑡 = −𝜔𝐴 sen 𝜔𝑡 + 𝜙 Onde 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 𝜔𝐴 é a velocidade máxima. Aceleração no MHS (demonstração) Derivando a função velocidade temos a função aceleração: 𝑎 𝑡 = 𝑑2𝑥 𝑡 𝑑𝑡2 = −𝜔2𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝜙 Onde 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝜔 2𝐴 é a aceleração máxima. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Gráfico das funções posição, velocidade e aceleração no MHS Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Demonstração(cont.) Sendo 𝑥 𝑡 = 𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝜙 A função velocidade 𝑑𝑥 𝑡 𝑑𝑡 = −𝐴𝜔 sen 𝜔𝑡 + 𝜙 A função aceleração 𝑑2𝑥 𝑡 𝑑𝑡2 = −𝜔2𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝜙 Podendo ser escrita em função de 𝑥 𝑡 𝑑2𝑥 𝑡 𝑑𝑡2 = −𝜔2𝑥 𝑡 𝐸𝑞. (2) Comparando esse resultado com a equação (1), temos 𝜔2 = 𝑘 𝑚 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Frequência angular no sistema massa mola (demonstração) A frequência angular no movimento oscilatório é 𝜔 = 2𝜋 𝑇 No sistema massa mola, temos 𝜔2 = 𝑘 𝑚 Então, a frequência e o período de um corpo que oscila preso a uma mola estão relacionados com a constante elástica k e a massa m por: 𝑓 = 1 𝑇 = 1 2𝜋 𝑘 𝑚 A frequência e o período não dependem da amplitude. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas A energia mecânica no MHS do Sistema Massa-Mola Lembrando que a energia mecânica total é a soma da energia cinética e energia potencial. No MHS a energia mecânica é proporcional ao quadrado da amplitude. 𝐸𝑚𝑒𝑐 = 1 2 𝑘𝐴2 Observação: esse valor é constante no sistema Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Exemplo 1: Aplicação no sistemas massa mola (Resnick) Um sistema oscilatório bloco-mola leva 0,74 s para começar a repetir seu movimento. Determine (a) o período, (b) a frequência e (c) a frequência angular em radianos por segundos. Resolução: (a) O período 𝑇 = 0,74 𝑠 (b) A frequência 𝑓 = 1 𝑇 = 1 0,74𝑠 = 1,35Hz (c) A frequência angular 𝜔 = 2𝜋 𝑇 = 2𝜋 0,74 = 8,49rad/s Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exemplo 2: Aplicação no MHS Um oscilador harmônico tem sua posição variando com o tempo, descrita pela seguinte equação: 𝑥 = 0,5 cos 𝜋 4 𝑡 + 3𝜋 . Sendo todas as unidades encontradas no SI. Determine: (a) a amplitude do sistema, (b) a frequência angular, (c) o período, (d) a frequência, (e) a função velocidade. Resolução: (a)a amplitude: A = 0,5 m (b) a frequência angular: 𝜔 = 𝜋 4 𝑟𝑎𝑑/𝑠 (c) o período: 𝑇 = 2𝜋 𝜔 = 8 𝑠 (d) a frequência: 𝑓 = 1 𝑇 = 1 8 = 0,125𝑠 (e) a função velocidade: 𝑣 𝑡 = 𝑑𝑥 𝑡 𝑑𝑡 =− 𝜋 8 sen 𝜋 4 𝑡 + 3𝜋 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Pontos importantes •A vibração livre ocorre quando o movimento é mantido por força restauradora gravitacional ou elástica. • A amplitude é o deslocamento máximo de um corpo. • O período é o tempo para se completar um ciclo. • A frequência é o número de ciclos por unidade de tempo; no SI sua unidade é hertz(Hz); portanto 1 Hz = 1 ciclo/s. • Um sistema com grau de liberdade exige apenas uma coordenada para definir a sua posição Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Pêndulos O chamado pêndulo físico é pêndulo real. Ele consiste de um corpo rígido (com qualquer forma) suspenso por um ponto e que pode girar livremente (sem atrito) em torno desse ponto. Pêndulos Simples Um pêndulo simples é um sistema ideal que consiste de uma partícula suspensa por um fio inextensível e leve. Quando afastado de sua posição de equilíbrio e solto, o pêndulo oscila em um plano vertical sob à ação da gravidade. Pêndulo Simples Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Pêndulos Simples No pêndulo simples a força restauradora é a força peso, a relação do período com o comprimento do fio é 𝑇 = 2𝜋 𝐿 𝑔 Percebam que o período não depende da massa. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Pêndulos Simples (demonstração) As forças sobre o corpo pendurado são seu peso mg e a tensão do fio T. A um ângulo 𝜃 com a vertical, o peso tem componente mg cos𝜃, ao longo do fio, e mg sen 𝜃 , tangente ao arco circular e aponta no sentido da diminuição de 𝜃 . Usando componentes tangenciais, a segunda lei de Newton é escrita como: Ԧ𝐹 = 𝑚 Ԧ𝑎 −𝑚𝑔𝑠𝑒𝑛𝜃 = 𝑚 𝑑2𝑠 𝑑𝑡2 Onde o comprimento de seu arco s se relaciona com o ângulo 𝜃 através de 𝑠 = 𝐿 𝜃. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Pêndulos Simples (demonstração) Derivando duas vezes os dois lados de 𝑠 = 𝐿𝜃, temos 𝑑2𝑠 𝑑𝑡2 = 𝐿 𝑑2𝜃 𝑑𝑡2 Substituindo 𝑑2𝑠/𝑑𝑡2, na 𝐿𝑑2𝜃/𝑑𝑡2. 𝑑2𝜃 𝑑𝑡2 = − 𝑔 𝐿 𝑠𝑒𝑛 𝜃 Para pequenos 𝜃 pequeno, 𝑠𝑒𝑛𝜃 ≈ 𝜃, temos 𝑑2𝜃 𝑑𝑡2 = − 𝑔 𝐿 𝜃 A solução dessa equação do MHS, é 𝜃 = Θ cos 𝜔𝑡 + 𝜙 Onde 𝜔2 = 𝑔 𝐿 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Exercício sobre Pêndulos Simples Um aluno após uma aula de física, monta um pêndulo simples. Qual o comprimento desse pêndulo simples, se o período medido foi de 5 s, num ponto em que a aceleração da gravidade é de 9,8 m/s2? Resolução: Isolando o L da relação 𝑇 = 2𝜋 𝐿 𝑔 Temos 𝐿 = g 𝑇2 4𝜋2 Substituindo os valores 𝐿 = g 𝑇2 4𝜋2 = 9,8 52 4𝜋2 = 6,2 metros Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Pêndulos de Físico Pêndulo físico de forma arbitrária com massa m e centro de massa CM pendurado em um eixo fixo 0 com momento de inércia I relativo ao eixo. Torque para pequenso ângulos 𝜃: 𝜔2 = 𝑚𝑔𝑑 𝐼 d mg 0 d CM Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Pêndulos de Físico O torque Ԧ𝜏 = Ԧ𝑑 × Ԧ𝐹 𝜏 = −𝐹𝑑𝑠𝑒𝑛 𝜃 𝜏 = −𝑚𝑔𝑑 sen 𝜃 Como a força é o peso mg, e o ângulo é pequeno então 𝑠𝑒𝑛 𝜃 ≈ 𝜃 Logo 𝜏 = −𝑚 𝑔 𝑑 𝜃 mg 0 d CM Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Pêndulos de Físico O torque também pode ser calculado como: 𝜏 = 𝐼𝛼 = 𝐼 𝑑2𝜃 𝑑𝑡2 Então −𝑚 𝑔 𝑑 𝜃 = 𝐼 𝑑2𝜃 𝑑𝑡2 𝑑2𝜃 𝑑𝑡2 + 𝑚𝑔𝑑 𝐼 𝜃 = 0 A solução dessa equação do MHS, é 𝜃 = Θ cos 𝜔𝑡 + 𝜙 𝜔2 = 𝑚𝑔𝑑 𝐼 mg 0 d CM Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Teorema Dos Eixos Paralelos Momento de Inércia 𝐼0 = 𝐼𝐶𝑀 +𝑀𝑑 2 Sendo ICM o momento de inércia do centro de massa. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício Uma barra homogênea de massa m = 200 g e comprimento 60 cm está livre para girar em torno de um eixo que passa pelo ponto P. Determine o período de oscilações da barra, para pequenos deslocamentos angulares. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício Uma barra homogênea de massa M e comprimento L está livre para girar em torno de um eixo horizontal que passa, perpendicularmente, a uma distância x de seu centro. Determine o período de oscilações da barra, para pequenos deslocamentos angulares Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício Uma barra homogênea de massa M e comprimento L está livre para girar em torno de um eixo horizontal que passa, perpendicularmente, a uma distância x de seu centro. Determine o período de oscilações da barra, para pequenos deslocamentos angulares. Resolução O período: 𝑇 = 2𝜋 𝐼 𝑚𝑔𝑑 𝑑 = 𝑥, e o momento de inércia é dado por 𝐼 = 𝐼𝑐𝑚 +𝑀𝑑 2 = 1 12 M𝐿2 +𝑀𝑥2 Logo, 𝑇 = 2𝜋 1 12M𝐿 2 +𝑀𝑥2 𝑀𝑔𝑥 = 2𝜋 1 12 𝐿 2 + 𝑥2 𝑔𝑥 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício Do exercício anterior, considere o comprimento da barra um metro, e x = 20 cm e a massa da barra 300 g. Determine o período de oscilações da barra, para pequenos deslocamentos angulares Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício Um pêndulo físico é formado por uma régua de um metro, cujo ponto de suspensão é um pequeno furo feito na régua a uma distância d da marca de 50 cm. O período de oscilação é 2,5 s. Determine o valor de d. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Pêndulos de torção Considerando um corpo suspenso por um fio ( de metal ou qualquer outro material elástico) de maneira que a linha OC passe pelo seu centro de massa. Quando o corpo é girado por um pequeno ângulo 𝜃 entre a relação de equilíbrio, o fio sofre uma torção e passa a exercer sobre o corpo um torque restaurador 𝜏 que é bem descrito pela de lei de Hooke: o torque se opõe ao deslocamento e tem módulo dado por 𝜏 = −𝐾𝜃 Onde K é o módulo de torção do fio, que depende do material do fio, sua espessura e comprimento. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Pêndulos de torção (cont.) Sendo 𝐼 o momento de inércia do corpo em relação ao eixo OC, temos a equação de movimento 𝜏 = 𝐼𝛼 Como 𝛼 é a aceleração angular temos 𝜏 = 𝐼 𝑑2𝜃 𝑑𝑡2 = 𝐼 ሷ𝜃 Portanto, descrevemos a equação do movimento como 𝐼 ሷ𝜃 = −𝐾𝜃 𝐼 ሷ𝜃 + 𝐾𝜃 = 0 ሷ𝜃 + 𝐾 𝐼 𝜃 = 0 A solução dessa equação do MHS, é 𝜃 = Θ cos 𝜔𝑡 + 𝜙 Com 𝜔2 = 𝐾 𝐼 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Pêndulos de torção (cont.) Consequentemente a frequência é 𝑓 = 1 2𝜋 𝐾 𝐼 E o período 𝑇 = 2𝜋 𝐼 𝐾 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício (Alaor) Considere o pêndulo de torção mostrado na Figura. O disco tem massa de 200 g e raio de 10 cm. A constante de torção da barra vale 3. 10-2 Nm. (a) Qual o período de oscilação do pêndulo? Qual seria o período de oscilação do pêndulo se o raio fosse dividido a metade Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício (Alaor) Reconsiderando o pêndulo do exercício anterior. A) qual a energia mecânica se no instante em que o ângulo de torção é 𝜃 = 5° sua velocidade é 0,6 rad/s? Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício (Hibbeler) Uma placa é deslocada em seu próprio plano, o momento torcional criado pela barra tem intensidade 𝐾𝜃, esse momento age em sentido oposto ao do deslocamento angular 𝜃, o sentido convencional para a aceleração angular ሷ𝜃 é o de 𝜃 positivo. (a) Qual a equação do movimento? (b)Qual a frequência natural? Resolução: ሷ𝜃 + 𝐾 𝐼 𝜃 = 0 Onde a frequência natural é 𝜔𝑛 = 𝐾 𝐼 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Exercício (Hibbeler) A placa retangular de10 kg mostrada na figura está suspensa em seu centro por uma barra de rigidez torcional K = 1,5 N . m . (a) Calcule o momento de inércia com relação ao ponto de rotação. (b) Determine o período natural de vibração da placa quando se lhe comunica um pequeno descolamento angular 𝜃 em seu próprio plano. Resolução: (a) O momento de inércia da placa em relação ao centro de massa é o mesmo do eixo de rotação da placa, logo 𝐼𝑜 = 1 12 𝑚 𝑎2 + 𝑏2 𝐼𝑜 = 1 12 𝑚 0,22 + 0,32 = 0,108 kg.m (b) O período natural de vibração 𝑇 = 2𝜋 𝜔𝑛 = 2𝜋 𝐼0 𝐾 = 1,69 𝑠 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Exercício (Resnick) A figura mostra uma barra fina cujo o comprimento L é de 12 cm e cuja a massa m é 135 g, suspensa em fio longo pelo ponto médio. O período 𝑇𝑎 do seu MHS angular é medido como sendo 2,54 s. Um objeto de forma irregular, que será chamado de objeto X, é pendurado no mesmo fio, como mostra a figura b, e seu período 𝑇𝑏 é medido como sendo 4,76 s. Qual o momento de inércia do objeto X em relação ao eixo suspensão? Aula 2: Vibrações livres não amortecidas TÍTULO DO SLIDE Solução O momento de inércia que passa pelo ponto médio da barra é 𝐼𝑎 = 1 12 𝑚𝐿2 = 1 12 × 0,135 × 0,122 = 1,62 × 10−4𝑘𝑔 𝑚2 As equações dos períodos 𝑇𝑎 = 2𝜋 𝐼𝑎 𝐾 𝑇𝑏 = 2𝜋 𝐼𝑏 𝐾 Como a barra e o objeto tem o mesmo fio em comum, 𝐾𝑎 = 𝐾𝑏 = 𝐾. Portanto, temos 𝐼𝑏 = 𝐼𝑎 𝑇𝑏 2 𝑇𝑎 2 = 1,62 × 10 −4 × 4,762 2,542 = 5,68 × 10−4𝑘𝑔 𝑚2 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Exemplo Calcule o período de oscilação de um pêndulo de torção cuja base seja uma chapa metálica de massa M =1kg, e dimensões a = 10cm e b = 15cm, se a constante de torça do sistema é k = 150Nm/rad . Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Método de Energia Um sistema é conservativo se nenhuma energia for perdida devido ao atrito ou membros não elásticos que dissipam energia. Se nenhum trabalho for realizados sobre o sistema conservativo por forças externas ( com exceção da força da gravidade ou outras forças potenciais) então a energia total do sistema permanece constante. A energia cinética T é armazenada na massa em virtude de sua velocidade, e a energia potencial U é armazenada na mola em virtude de sua deformação elástica. Assim, o princípio da conservação de energia pode ser expresso como: 𝑇 + 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 ou 𝑑 𝑑𝑡 𝑇 + 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 As energias cinética e potencial são dadas por 𝑇 = 1 2 𝑚 ሶ𝑥2 e 𝑈 = 1 2 𝑘𝑥2 logo ሷ𝑥 + 𝜔2 𝑥 = 0 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Demonstração - Método de Energia O Movimento Harmônico Simples (MHS) de um corpo, deve-se somente a força restauradora gravitacionais e elásticas que agem no corpo. Como essas forças são conservativas, também é possível usar a equação de conservação da energia para se obter a frequência ou período de vibração. Quando o bloco em movimento ocupa a posição x medida a partir da posição de equilíbrio, a energia cinética 𝑇 = 1 2 𝑚𝑣2 = 1 2 𝑚 ሶ𝑥2 e a sua energia potencial é 𝑈 = 1 2 𝑘𝑥2 Pela conservação de energia 𝑇 + 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 1 2 𝑚 ሶ𝑥2 + 1 2 𝑘𝑥2 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Demonstração - Método de Energia Derivando a equação anterior, 𝑑 𝑑𝑡 1 2 𝑚 ሶ𝑥2 + 1 2 𝑘𝑥2 = 𝑑 𝑑𝑡 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 1 2 𝑚 2 ሶ𝑥 ሷ𝑥 + 1 2 𝑘 2𝑥 ሶ𝑥 = 0 𝑚 ሶ𝑥 ሷ𝑥 + 𝑘 𝑥 ሶ𝑥 = 0 ሶ𝑥 𝑚 ሷ𝑥 + 𝑘 𝑥 = 0 𝑚 ሷ𝑥 + 𝑘 𝑥 = 0 ሷ𝑥 + 𝜔2 𝑥 = 0 Com 𝜔2 = 𝑘 𝑚 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Exercício (Hibbeler) O anel delgado da figura, apoia-se em um pino em O. Determine: (a) O momento de inércia no ponto O; Pelo Teorema dos eixos paralelo 𝐼𝑜 = 𝐼𝑐𝑚 +𝑚𝑟 2 𝐼𝑐𝑚 = 𝑚𝑟 2 (do anel) 𝐼𝑜 = 2𝑚𝑟 2 (b) A energia cinética com relação ao um ângulo 𝜃 𝑇 = 1 2 𝐼𝑜𝜔𝑛 2 Como 𝜔𝑛 2 = ሶ𝜃2 𝑇 = 1 2 𝐼𝑜 ሶ𝜃 2 Aula 2: Vibrações livres não amortecidas (c) A energia potencial (c) A expressão da energia total Aula 2: Vibrações livres não amortecidas (d) O período natural de oscilação para pequenas amplitudes. A massa do anel é m. Aula 2: Vibrações livres não amortecidas Bibliografia Básica: RAO, Singiresu. Vibrações Mecânicas. 4ª. Ed. Editora Pearson do Brasil, 2009. HIBBELER, R. C.; Mecânica para engenharia: Dinâmica. São Paulo: Pearson Education, 2009. MERIAM, J. L.; KRAIGE, L. G. Mecânica para Engenharia – Dinâmica. 6ª Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019. Pag 437. Bibliografia Complementar: SEAR, M. W. Z; YOUNG, H. D; FREEDMAN, R. A. Física II: Termodinâmica e Ondas. 10ª edição. Editora Addison-Wesley Publi, 2003 (vol.2). TIPLER, Paul A. Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica. 4ª ed. Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. Editora LTC, 2000. (vol.1) HALLIDAY, R.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física: Gravitação, ondas e termodinâmica. 6a edição. Rio de Janeiro. Editora LTC, 2002. (vol.2)
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