Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Dinâmica: Mecânica para Engenharia - 12ª Edição - Russel C. Hibbeler- Ed: 12º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 84
O anel de 5 kg desliza ao longo da barra vertical lisa. Se o anel é tirado do repouso em A, determine a sua velocidade quando ele passa pelo ponto B. A mola tem um comprimento não deformado de 200 mm.
Passo 1
Com referência definida na figura representativa, a energia potencial gravitacional do bloco nas posições (A) e (B) podem ser escritas através de:
O outro tipo de energia associada ao problema é a fornecida pela mola, isto é, potencial elástica, definida por:
A energia cinética para os dois pontos é expressa por:
Analisando os pontos definidos pelo diagrama:
Ponto A: Origem do sistema.
- Pela referência definida, tem-se que a consequência imediata será =0.
- O anel é tirado do repouso em A, isto é, =0.
- Nesta posição, através da equação da trajetória (r), pode-se averiguar que a deformação inicial da mola é dada pelas posições inicial e final dos estados, de modo que para a posição A, o ângulo em relação à horizontal é nulo, e na posição B será reto. Assim:
(0°) = 0,3*(1 + cos0°) = 0,6 m
A deformação em A será a trajetória para a posição local subtraída do comprimento inicial deformado:
Ponto B: Posição de análise.
- A partir da referência, obtém-se que .
- A deformação em B será a trajetória para a posição local subtraída do comprimento inicial deformado:
(90°) = 0,3(1 + cos90°) = 0,3 m
Passo 2
Identificadas as energias atuantes no sistema, admitindo que sejam conservativas, a lei de conservação da energia mecânica será:
Substituindo as expressões no balanço energético, tem-se que:
Passo 3
Com as conclusões acerca dos pontos inicial e final da análise, a expressão de conservação de energia será:
Resposta
A velocidade do anel para quando a posição B é alcançada será de 3,019 m/s.