Enunciado
Física - Moysés - Vol. 2 - Ed: 4º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 14
Duas partículas de mesma massa, igual a , estão suspensas do teto por barras idênticas, de de comprimento e massa desprezível, e estão ligadas uma à outra por uma mola de constante elástica . No instante , a partícula recebe um impulso que lhe transmite uma velocidade de . Determine os deslocamentos e das posições de equilíbrio das duas partículas (em ) para
Passo 1
A figura mostra um sistema típico de oscilações acopladas. A demonstração das equações é bem longa, então vamos pular direto para as fórmulas:
Onde e são as seguintes soluções gerais:
Então:
Passo 2
A primeira condição inicial diz que as duas partículas partem do equilíbrio:
Então:
Como as amplitudes , então uma solução possível é:
E como , nós podemos reescrever nossa equação como:
Passo 3
E agora, para aplicar a segunda condição inicial, precisamos tirar as duas derivadas:
E as condições iniciais são:
Então ficamos com um sistema:
Somando as duas temos:
E subtraindo a segunda da primeira:
Então as nossas equações são:
Passo 4
Agora falta calcular e . As fórmulas para essas frequências também são dadas no livro.
é a frequência natural de oscilação do pêndulo, dada por:
E a frequência é:
Onde :
Vamos substituir isso nas nossas equações:
Então:
Resposta
Os deslocamentos são e .