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Pendurados em uma trave horizontal

Pendurados em uma trave horizontal encontram-se nove pêndulos com os seguintes comprimentos: (a) 0,10 m, (b) 0,30 m, (c) 0,40 m, (d) 0,80 m, (e) 1,2 m, (f) 2,8 m, (g) 3,5 m, (h) 5,0 m e (i) 6,2 m. Suponha que a trave efetua oscilações horizontais com frequências angulares no intervalo de 2,00 rad/s a 4,00 rad/s. Quais dos pêndulos serão (fortemente) postos em movimento?

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RD Resoluções

Esse exercício está relacionado ao fenômeno de ressonância. Para responder a essa pergunta, temos que definir quais pêndulos tem sua frequência de ressonância no intervalo citado. Para isso, lembremos a expressão da frequência de ressonância do pêndulo:

\(\omega=\sqrt{{g\over l}}\)

Vamos considerar a frequência no intervalo dado para obtermos o intervalo de comprimentos do pêndulo:

\(\begin{align} \omega_1\leq\ &\omega\leq\omega_2\\ \omega_1\leq\ &\sqrt{{g\over l}}\leq\omega_2\\ \omega_1^2\leq\ &{g\over l}\leq\omega_2^2\\ \omega_2^{-2}\leq\ &{l\over g}\leq\omega_1^{-2}\\ {g\over\omega_2^2}\leq\ &l\leq{g\over\omega_1^2} \end{align}\)

Tomando \(g=9,81\ m/s^2\), temos:

\({9,81\over4^2}\leq l\leq{9,81\over2^2}\)

Temos, finalmente:

\(\boxed{0,6131\leq l\leq2,4525}\)

O que nos leva às alternativas D e E.

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