Tarefa 1: Determinando a frequência natural de vibração de um sistema mecânico
Para um determinado sistema mecânico mostrado no diagrama, é necessário determinar sua frequência natural de vibração. O sistema está em posição de equilíbrio e pode realizar oscilações livres em torno do eixo horizontal z passando pelo ponto O.
O sistema mecânico consiste em corpos rigidamente fixados entre si: hastes finas e homogêneas 1 e 2, uma placa homogênea 3 e uma carga pontual 4. A massa de 1 m de comprimento das hastes é de 25 kg, a massa de 1 m2 de a área da placa é 50 kg e a massa da carga pontual é 20 kg. Os elementos elásticos têm um coeficiente de rigidez c = 10 kN/m. As dimensões de cada parte do sistema são indicadas em metros.
Para determinar a frequência natural das oscilações, é necessário calculá-la pela fórmula:
f = (1/2π) * √(k/m)
onde f é a frequência natural das oscilações, k é o coeficiente de rigidez, m é a massa corporal.
Para cada parte do sistema calculamos seu coeficiente de massa e rigidez:
Vamos calcular a massa total do sistema mecânico:
m = m1 + m2 + m3 + m4
onde m1, m2, m3, m4 são as massas de cada parte do sistema.
m = 25kg + 25kg + 50kg + 20kg = 120kg
Vamos calcular o coeficiente de rigidez do sistema:
k = k1 + k2 + k3
onde k1, k2, k3 são os coeficientes de rigidez de cada elemento elástico.
k = 10 kN/m + 10 kN/m + 20 kN/m = 40 kN/m
Agora podemos calcular a frequência de oscilação natural do sistema:
f = (1/2π) * √(k/m) = (1/2π) * √(40 kN/m / 120 kg) ≈ 0,68 Hz
Assim, a frequência natural de vibração deste sistema mecânico é de aproximadamente 0,68 Hz.
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