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Page 1: Física I Mecânica Alberto Tannús II 2010. Tipler&Mosca, 5 a Ed. Capítulo 14 - Oscilações Movimento Harmônico Simples: Movimento Harmônico Simples: Forças

Física IFísica IMecânicaMecânica

Alberto TannúsAlberto Tannús

II 2010II 2010

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Tipler&Mosca, 5Tipler&Mosca, 5aa Ed. Ed.Capítulo 14 - OscilaçõesCapítulo 14 - Oscilações

Movimento Harmônico Simples:Movimento Harmônico Simples:

Forças de restauraçãoForças de restauração

Da 2ª Lei de Newton:

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Natureza da aceleraçãoNatureza da aceleração

Toda vez que a aceleração for Toda vez que a aceleração for proporcional ao seu deslocamento, e no proporcional ao seu deslocamento, e no sentido contrário a este, tem-se como sentido contrário a este, tem-se como evolução do sistema um movimento evolução do sistema um movimento harmônico simplesharmônico simples

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Termos relevantes de Termos relevantes de oscilaçõesoscilações

Frequência, período, amplitude, fase

= 2..f

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Velocidade e aceleraçãoVelocidade e aceleração

Diferenciando , obtemos

Diferenciando novamente, obtemos

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Comparando com , obtemos

Fazendo t=0 em , obtemos

Fazendo t=0 em , obtemos

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é a frequência angular, como definido anteriormente

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ExemploExemplo Você está num bote que oscila para Você está num bote que oscila para

cima e para baixo. O deslocamento cima e para baixo. O deslocamento vertical do bote é dado por:vertical do bote é dado por:

Encontre a amplitude, frequência angular, Encontre a amplitude, frequência angular, fase inicial, frequência e o período deste fase inicial, frequência e o período deste movimentomovimento

Onde estará o bote em Onde estará o bote em t=1 st=1 s?? Encontre a velocidade e a aceleração em Encontre a velocidade e a aceleração em

qualquer instante.qualquer instante. Encontre a posição inicial, velocidade e Encontre a posição inicial, velocidade e

aceleração do boteaceleração do bote

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S:S:

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Exemplo:Exemplo:

Um objeto oscila com frequência Um objeto oscila com frequência angular angular = 8 rad/s= 8 rad/s. em t=0, o objeto . em t=0, o objeto está a xestá a x00 = 4 cm com velocidade = 4 cm com velocidade inicial vinicial v00 = -25 cm/s. = -25 cm/s. Encontre a amplitude e a fase inicial Encontre a amplitude e a fase inicial

deste movimento.deste movimento. Expresse x como função do tempo.Expresse x como função do tempo.

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S:S:

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Exemplo:Exemplo:

Considere um objeto conectado a Considere um objeto conectado a uma mola cuja posição é dada pela uma mola cuja posição é dada pela equaçãoequação

x=(5 cm).cos(9.90 sx=(5 cm).cos(9.90 s-1-1 t) t) Qual é a velocidade máxima?Qual é a velocidade máxima? Quando esta condição ocorre?Quando esta condição ocorre? Qual é a máxima aceleração? Quando Qual é a máxima aceleração? Quando

ela ocorre pela primeira vez?ela ocorre pela primeira vez?

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S:S:

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Movimentos harmônico e Movimentos harmônico e circularcircular

Suponha uma partícula em movimento Suponha uma partícula em movimento circular;circular;

Suponha velocidade angular e Suponha velocidade angular e tangencial constante (em módulo);tangencial constante (em módulo);

Deslocamento angular:Deslocamento angular:

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Para a projeção em y:Para a projeção em y:

Uma partícula movendo-se com velocidade constante em uma circunferência, tem sua projeção em um diâmetro descrita por um movimento harmônico simples

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EnergiaEnergiaConstante:Considere uma massa sujeita a uma força F = -

kx :(potencial elástica)

(cinética)

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A energia total é proporcional ao quadrado da amplitude de oscilação de um movimento harmônico simples!

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Exemplo:Exemplo: Um objeto de 3 kg acoplado a uma mola Um objeto de 3 kg acoplado a uma mola

oscila com amplitude de 4 cm e um oscila com amplitude de 4 cm e um período de 2s.período de 2s. Qual é sua energia total?Qual é sua energia total? Qual é a máxima velocidade do objeto?Qual é a máxima velocidade do objeto? Em que posição sua velocidade é a metade Em que posição sua velocidade é a metade

do valor máximo?do valor máximo?

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Sistema massa-mola Sistema massa-mola vertical.vertical.

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escolho esta condição para energia potencial nula:

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Exemplo:Exemplo: Um objeto de 3 kg estica uma mola Um objeto de 3 kg estica uma mola

de 16 cm quando pendurado nela de 16 cm quando pendurado nela verticalmente. A mola é então verticalmente. A mola é então novamente esticada dessa condição novamente esticada dessa condição de equilíbrio e o objeto é liberado a de equilíbrio e o objeto é liberado a oscilar.oscilar. Encontre a frequência do movimento;Encontre a frequência do movimento; Encontre esta frequência se o objeto de Encontre esta frequência se o objeto de

3 kg é substituído por um de 6 kg.3 kg é substituído por um de 6 kg.

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S:S:

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Exemplo:Exemplo:

Um bloco repousa em uma mola e oscila Um bloco repousa em uma mola e oscila verticalmente com uma frequência de 4 verticalmente com uma frequência de 4 hz e amplitude de 7 cm. Uma pequena hz e amplitude de 7 cm. Uma pequena esfera de massa desprezível é colocada esfera de massa desprezível é colocada no topo do bloco, justo quando ele no topo do bloco, justo quando ele atinge o ponto mínimo. atinge o ponto mínimo. A que distância do ponto de equilíbrio a A que distância do ponto de equilíbrio a

esfera perde contato com o bloco?esfera perde contato com o bloco? Qual é a velocidade dela quando se libera Qual é a velocidade dela quando se libera

do bloco?do bloco?

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S:S:

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Pêndulo simplesPêndulo simples

Pequenas oscilações:

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Pêndulo físicoPêndulo físico

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Oscilações amortecidasOscilações amortecidas

Força de amortecimento, proporcional à velocidade

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B = bc Criticamente amortecido (não oscila)B > bc Criticamente amortecido (não oscila)

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Energia amortecidaEnergia amortecida

Fator de qualidade

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RessonânciaRessonância Frequência “natural”

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DeduçãoDedução Força impulsiva externa

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Solução transienteSolução transiente

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Solução estacionáriaSolução estacionária

Em ressonância, /2