oscilações
TRANSCRIPT
Oscilações e
Ressonância
Oscilador Harmônico Simples
𝑭𝒓𝒆𝒔𝒕
Para este modelo, iremos supor que a mola não possuí massa e a Força Restauradora é diretamente proporcional à posição em relação ao ponto de equilíbrio
𝑭𝒓𝒆𝒔𝒕 = −𝒌𝒙
𝑭𝒓𝒆𝒔𝒕
𝑭𝒓𝒆𝒔𝒕
𝑭𝒓𝒆𝒔𝒕
Segunda Lei de Newton
𝑚𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −𝑘𝑥(𝑡)
Força Resultante Força Restauradora
𝑚𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −𝑘𝑥(𝑡)
𝑚𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −𝑘𝑥(𝑡)
𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑥(𝑡)
𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑥(𝑡)
• Duas constatações óbvias
• Esta é uma equação diferencial • A solução dela é uma função x(t) que satisfaça a equação
anterior
𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑥(𝑡)
• Ela nos diz que se derivarmos duas vezes essa função x(t), obteremos essa mesma função multiplicada por uma constante
• Qual a função que ao ser derivada, fica sempre muito parecida ?!
𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑥(𝑡)
• Ela nos diz que se derivarmos duas vezes essa função x(t), obteremos essa mesma função multiplicada por uma constante
• Qual a função que ao ser derivada, fica sempre muito parecida ?!
• 𝑥 𝑡 = 𝑒λ𝑡 • λ é alguma constante
𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑥(𝑡)
• Vamos colocar essa possível solução na equação diferencial e ver o que acontece
• 𝑥 𝑡 = 𝑒λ𝑡
𝑑2𝑒λ𝑡
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑒λ𝑡
𝑑2𝑒λ𝑡
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑒λ𝑡
𝑑2𝑒λ𝑡
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑒λ𝑡
λ2𝑒λ𝑡 = −𝑘
𝑚𝑒λ𝑡
𝑑2𝑒λ𝑡
𝑑𝑡2= −
𝑘
𝑚𝑒λ𝑡
𝑚λ2𝑒λ𝑡 = −𝑘
𝑚𝑒λ𝑡
𝑚λ2𝑒λ𝑡 = −𝑘
𝑚𝑒λ𝑡
λ2𝑒λ𝑡 +𝑘
𝑚𝑒λ𝑡 = 0
λ2𝑒λ𝑡 +𝑘
𝑚𝑒λ𝑡 = 0
λ2𝑒λ𝑡 +𝑘
𝑚𝑒λ𝑡 = 0
• Fatorando 𝑒λ𝑡
λ2𝑒λ𝑡 +𝑘
𝑚𝑒λ𝑡 = 0
• Fatorando 𝑒λ𝑡
(λ2+𝑘
𝑚)𝑒λ𝑡 = 0
(λ2+𝑘
𝑚)𝑒λ𝑡 = 0
(λ2+𝑘
𝑚)𝑒λ𝑡 = 0
(λ2+𝑘
𝑚) 𝑒λ𝑡= 0
=0 ≠0
(λ2+𝑘
𝑚) 𝑒λ𝑡= 0
=0 ≠0
(λ2+𝑘
𝑚) = 0
(λ2+𝑘
𝑚) = 0
• Resolvendo essa equação do segundo grau, obtemos como raízes
λ = −𝑖𝑘
𝑚
E
λ = 𝑖𝑘
𝑚
𝑥1 𝑡 = 𝑐1𝑒−𝑖
𝑘𝑚
t
𝑥2 𝑡 = 𝑐2𝑒𝑖
𝑘𝑚
t
• Pelo princípio da superposição, a solução geral é a
soma das soluções independentes
𝑥 𝑡 = 𝑐1𝑒−𝑖
𝑘𝑚
t + 𝑐2𝑒
𝑖𝑘𝑚
t
• Pelo princípio da superposição, a solução geral é a
soma das soluções independentes
𝑥 𝑡 = 𝑐1𝑒−𝑖
𝑘𝑚
t + 𝑐2𝑒
𝑖𝑘𝑚
t
• Usando a fórmula de Euller
𝑒𝑖𝑥 = cos 𝑥 + 𝑖𝑠𝑒𝑛 𝑥 𝑒−𝑖𝑥 = cos 𝑥 − 𝑖𝑠𝑒𝑛 𝑥
• Pelo princípio da superposição, a solução geral é a
soma das soluções independentes
𝑥 𝑡 = 𝑐1𝑒−𝑖
𝑘𝑚
t + 𝑐2𝑒
𝑖𝑘𝑚
t
• Usando a fórmula de Euller
𝑒𝑖𝑥 = cos 𝑥 + 𝑖𝑠𝑒𝑛 𝑥 𝑒−𝑖𝑥 = cos 𝑥 − 𝑖𝑠𝑒𝑛 𝑥
• Reorganizando tudo, chegamos em....
𝑥 𝑡 = 𝑐1 cos𝑘𝑚 𝑡 + 𝑐2𝑠𝑒𝑛
𝑘𝑚 𝑡
Oscilador Forçado e Amortecido
𝑚𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −𝑘𝑥 𝑡 − 𝑐
𝑑𝑥
𝑑𝑡+ 𝐹(𝑡)
Força Resultante
Força Restauradora
Força Dissipativa
Força Externa
Efeito de Ressonância
𝑚𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −𝑘𝑥 𝑡 − 𝑐
𝑑𝑥
𝑑𝑡+ 𝐹(𝑡)
Força Resultante
Força Restauradora
Força Dissipativa
Força Externa
• Força externa do tipo
𝐹 𝑡 = 𝐹0𝑠𝑒𝑛(ω𝑡)
Efeito de Ressonância
𝑚𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −𝑘𝑥 𝑡 − 𝑐
𝑑𝑥
𝑑𝑡+ 𝐹(𝑡)
Força Resultante
Força Restauradora
Força Dissipativa
Força Externa
• Força externa do tipo
𝐹 𝑡 = 𝐹0𝑠𝑒𝑛(ω𝑡)
Efeito de Ressonância
𝑚𝑑2𝑥(𝑡)
𝑑𝑡2= −𝑘𝑥 𝑡 − 𝑐
𝑑𝑥
𝑑𝑡+ 𝐹0𝑠𝑒𝑛(ω𝑡)
Força Resultante
Força Restauradora
Força Dissipativa
Força Externa
Efeito de Ressonância
• Não vou resolver essa
equação diferencial, mas
tá resolvida AQUI
Efeito de Ressonância