Enunciado
Física - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 8.5 - Ex. 100
100. A energia potencial de um sistema massa-mola linear é dada, em joules, por , onde é o deslocamento em metros, medido a partir da posição de equilíbrio neutra. A energia cinética do sistema, em joules, é dada por . Determine a equação diferencial do movimento para o sistema e encontre o período de sua oscilação. Despreze a perda de energia.
Passo 1
Bom, primeiro vamos relacionar as energias:
Como não há perdas de energia, a energia total é constante.
Passo 2
Agora, vamos derivar a equação achada em relação ao tempo:
Simplificando a relação, temos:
Passo 3
Com isso, vamos achar o período do sistema.
Sabemos que a fórmula genérica de um sistema massa-mola é dada por:
Podemos ver que na equação que a gente achou:
E onde vamos usar isso? Bom para achar o período, primeiro temos que achar a frequência de ressonância pela fórmula:
Passo 4
Agora, para achar o período, vamos usar a fórmula:
Resposta
A equação diferencial de movimento do sistema será:
E o período será: