Uma massa de 1,6 N é pressa a uma mola de 0,5m de comprimento. Na posição de equilíbrio o comprimento da mola é 0,82m. Se a massa for puxada pra baixo e solta do repouso de um ponto 0,2m da posição de equilibrio, qual será o deslocamento x(t) se o meio oferece uma resistencia numericamente igual a velocidade instantânea? Considere a velocidade de 0,1m/s.
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No equilíbrio:
\(P = kx \\ 1,6N = k \cdot 0,82m \\ k = 1,95 \frac{N}{m}\)
Com a constante de mola em mãos, podemos montar a EDO do sistema massa-mola:
\(mx'' + bx' + kx = 0, \ x(0) = 0,2\)
\(b = 1\) (pois a resistência é numericamente igual à velocidade instantânea, que é a parcela x')
\(m = \frac{P}{g} \to m = 0,16kg\)
Logo:
\(0,16x'' + x' + 1,95x = 0, \ x(0) = 0,2, x'(0) = 0,1\)
Pela equação característica, teremos:
\(0,16\lambda^2 + \lambda + 1,95 = 0\)
As raízes são complexas \(\lambda_{1,2} = -3,125 \pm 1,556i\), ou seja, a solução é do tipo:
\(x(t) = C_1 e^{-3,125t} \sin (1,556 t) + C_2 e^{-3,125t} \cos (1,556 t)\)
Com as duas condições iniciais, formamos um sistema com \(C_1\) e \(C_2\), de onde sai a resposta final:
\(\boxed{x(t) = 0,456 e^{-3,125t} \sin (1,556 t) + 0,2 e^{-3,125t} \cos (1,556 t)}\)
A questão me pareceu mais um problema de modelagem que resolução de EDO propriamente dita. Por isso simplifiquei os últimos passos.
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