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    Vib

    raesMec

    nicas

    Pro

    f.Dr.Newton

    Soeiro

    VIBRAES MECNICASSIS!EMAS C"N!#N$"S

    VIBRAES !"RCI"NAIS

    DE BARRAS

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    Vib

    raesMec

    nicas

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    Soeiro

    VIBRAES !"RCI"NAIS

    "n%e&

    ' o tor()e a*+ica%o,G ' o -%)+o %e cisa+/a-ento,J ' o -o-ento *o+ar %e 0rea %a se1o trans2ersa+,

    Da -ecnica %os s+i%os3 te-os&

    x

    txJG

    =

    ),(..

    JJ .0 = Mo-ento *o+ar %e in'rcia %o ei4o*or )ni%a%e %e co-*ri-ento.

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    VIBRAES !"RCI"NAIS

    5a. 6ei %e Newton&

    =2

    2 ),(.

    t

    txJ

    dxt

    txJdx

    x.

    ),(..

    2

    2

    0

    =

    +

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    dxt

    tx

    Jdxx

    .),(

    .. 2

    2

    0

    =

    +

    2

    2

    0

    ),(.

    t

    txJ

    x

    =

    2

    2 ),(..

    ),(..

    t

    txJ

    x

    txJG

    x

    =

    2

    2

    2

    2 ),(.

    ),(

    x

    txG

    t

    tx

    =

    A e()a1o ' i%7ntica a e()a1o %a on%a e3*ortanto3 %e so+)1o con/eci%a.

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    Caso o ei4o n1o *oss)a se1o reta circ)+ar3 o tor()e ' %a%o*or&

    x

    txG

    = ),(

    ..

    a constante torcional definida como o momentonecessrio para produzir uma rotao de um radiano em

    um eixo de comprimento unitrio, dividido pelo mdulo de

    cisalhamento.

    2

    2

    2

    2 ),(.

    .

    .),(

    x

    tx

    J

    G

    t

    tx

    =

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    Va+ores %e *ara Sees

    !rans2ersais -ais Co-)ns

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    As con%ies %e contorno -ais co-)ns s1o&

    Extremidade fixa (deslocamento nulo):

    0),( =tLExtremidade livre (torue nulo):

    0),(.. =

    x

    tLG

    Extremidade li!ada a uma mola ":

    .

    ),(

    .. kx

    tL

    G =

    Extremidade li!ada a uma massa de momento polar de

    inrcia i!ual a #$:

    2

    2

    1

    ),(),(..

    t

    tLJ

    x

    tLG

    =

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    VIBRAES !"RCI"NAIS

    %alcule as tr&s primeiras fre'&ncias naturais torcionais da

    arra mostrada na fi!ura aaixo, en!astada em x *, se um

    disco de inrcia #$ $* "!.m+rd preso a extremidade do eixo

    onde x -. ssuma ue - *,/ m0 # / m10 2 +,/ x $*34a e5 +6** "!m7.

    AP6ICA8"& 9re(:7ncias Nat)rais !orcionais

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    S"6$8"& euao da onda para o prolema torcional dada por

    2

    2

    2

    2 ),(.

    ),(

    x

    txG

    t

    tx

    =

    8azendo a separao de variveis, 9 (x,t) 9(x).(t), podemos

    escrever a euao anterior como:

    )().(".)().( tTxGtTx

    =

    2

    )(

    )("

    )(

    )(. k

    x

    x

    tT

    tT

    G

    ==

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    euao ue define os modos de virao , ento:

    0)(.)(" 2 =+ xkx

    %u;a soluo dada por:

    )cos(.)(.)( kxBkxsenAx +=

    plicando a condio de contorno no en!aste, ou se;a, 9(*) *

    0

    )0.cos(.)0.(.)0(

    =+=

    B

    kBksenA

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    plicando a condio de contorno na outra extremidade, ou se;a,em 9(-), temos:

    2

    2

    1

    ),(),(..

    t

    tLJ

    x

    tLGJ

    =

    )().(.)().('.. 1 LtTJtTLGJ

    =

    ==

    Gk

    tT

    tT

    L

    L

    J

    GJ.

    )(

    )(

    )(

    )('.

    . 2

    1

    JLkJL

    .)(..)('

    2

    1

    = como ).cos(..)(' LkAkL =

    J

    LksenAkJLkAk

    .

    ).(...).cos(..

    2

    1

    =

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    JLksenAkJLkAk

    .).(...).cos(..

    2

    1

    =

    kJ

    JLk

    .

    .).tan(

    1

    =

    -? para resolver a euao acima, e

    lemrando ue a fre'&ncia natural @n ".c, encontra=se os

    se!uintes valores para as fre'&ncias naturais:

    Hz14501=Hz4821= Hz24101=

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    6IS!A DE E;ERC#CI"

    $) As mdulos de elasticidade e a densidade de um eixo dealumBnio de $ m valem E 6,$ x $*$*4a, 2 +,6 x $*$*4a e 5

    +,6 x $*7 "!m7. %ompare as fre'&ncias naturais torcionais com

    as fre'&ncias naturais lon!itudinais para um eixo semi=

    en!astado.

    +)