Enunciado

Um bloco de massa m é conectado a duas molas com constantes de força k1 e k2 de duas maneiras, como mostrado na Figura P12.56. Nos dois casos, o bloco se move sobre uma mesa sem atrito depois de ser deslocado do equilíbrio e liberado. Mostre que nos dois casos o bloco exibe movimento harmônico simples com períodos:

  1. T = 2 π m k 1 + k 2 k 1 k 2
  2. T = 2 π m k 1 + k 2

Passo 1

E aiii gente, tudo bom com vocês?

Vamos fazer mais uma questãozinha aqui?

Vem comigo!

Letra a:

Quando a massa é deslocada em uma distância x do equilíbrio, a mola 1 é esticada a uma distância x 1 e a mola 2 é esticada a distância x 2 .

Pela terceira lei de Newton, esperamos:

k 1 x 1 = k 2 x 2

Quando isso é combinado com o requisito de que x = x 1 + x 2 , temos:

x 1 = k 2 k 1 + k 2 x

A força em cada mola é dada por:

F 1 = k 1 k 2 k 1 + k 2 x = m a

Isto está na forma F = k x = m a

E

T = 2 π m k = 2 π m k 1 + k 2 k 1 k 2

Passo 2

Letra b:

Neste caso, cada mola é distorcida pela distância x que a massa é deslocada. Portanto, a força restauradora é:

F = - k 1 + k 2 x  e  k = k 1 + k 2

Então, T = 2 π m k 1 + k 2

Resposta

  1. 2 π m k 1 + k 2 k 1 k 2
  2. 2 π m k 1 + k 2
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