Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 15.1 - Ex. 24
Na figura, duas molas são ligadas entre si e a um bloco de massa que oscila em um piso sem atrito. As duas molas possuem uma constante elástica . Qual é a frequência das oscilações?
Passo 1
Fala galerinha do RespondeAí, tudo belezinha?
Essa é uma questão um pouco mais avançada. Vamos tentar achar um jeito de pensar nas duas molas como se fossem um só, ou seja, vamos tentar calcular a constante elástica “efetiva” desse par de molas.
Ou seja, queremos achar o que satisfaz a lei de Hooke:
Onde a deformação total é a soma das deformações das duas molas:
Ou seja:
Passo 2
Agora vamos imaginar que o bloco ande um pouco pra esquerda, a força que puxa o bloco pra direita é a mesma nas duas molas, certo?
Então pela lei de Hooke a gente pode afirmar que:
O que não quer dizer que as deformações e são iguais, ok? Só que esses produtos aí são iguais.
E quando juntamos com a equação ali de cima, chegamos na seguinte igualdade final:
Nosso objetivo é achar em termos de e . Se mexermos um pouco nos dois primeiros termos da igualdade, vamos achar o seguinte:
E agora pegando os dois últimos termos:
Substituindo:
Agora cortando :
Beleza, achamos a fórmula que queríamos.
Passo 3
Agora podemos substituir os valores. As duas molas tem constantes elásticas :
E como a massa é , podemos achar a frequência angular:
E a frequência de oscilação é:
Pronto!