Enunciado

Um came de rolete é usado para imprimir um movimento periódico &े base do sistema massa-mola mostrado na Figura 4.34. Se o coeficiente de atrito entre a massa e a superfície for μ , determine a resposta do sistema usando o princípio da superposição. Discuta a validade do resultado.

Passo 1

O movimento da base pode ser representado pela série de Fourier como (ver solução do Problema 4.8 ou Exemplo 1.12):

y ( t ) = Y π π 2 - s i n ⁡ ω t + 1 2 s i n ⁡ 2 ω t + 1 3 s i n ⁡ 3 ω t + ⋯ (1)

Equação do movimento da massa

m x ¨ + k ( ( x - y ) ± μ N = 0

Ou   m x ¨ + k x ± μ N = k y

= k Y π π 2 - s i n ⁡ ω t + 1 2 s i n ⁡ 2 ω t + 1 3 s i n ⁡ 3 ω t + ⋯ (2)

Passo 2

Usando a definição de constante de amortecimento viscosa equivalente:

c e q = 4 μ N π Ω X = 4 μ m g π Ω X (3)

onde Ω é a frequência da força harmônica e X é a amplitude da massa, a solução da Eq. (2) pode ser determinado usando o princípio de superposição.

Solução de estado estacionário devido ao termo constante, F0, no r.h.s. da Eq. (2) (do Exemplo 4.6):

x ( t ) = F 0 k = k Y 2 k = Y 2 (4)

Solução de estado estacionário devido ao termo harmônico, , F 0 s i n ⁡ Ω t , na r.b.s. da Eq. (2) (das Eqs. (3,89), (3,93) e (3,96)):

x ( t ) = X s i n ⁡ ( Ω t - ϕ ) (5)

Em que X = F 0 k 1 - 4 μ N π F 0 2 1 - Ω 2 ω u 2 2 1 2  and  ϕ = t a n - 1 ⁡ ± 4 μ N π F 0 1 - 4 μ N π F 0 2 1 2 (6)

e o sinal + deve ser usado na Eq. (6) para Ω < ω n e - sinal para Ω > ω n Equações (4) e (5) pode ser superposto adequadamente para encontrar a solução de estado estacionário completa da Eq. (2)

Resposta

e o sinal + deve ser usado na Eq. (6) para Ω < ω n e - sinal para Ω > ω n Equações (4) e (5) pode ser superposto adequadamente para encontrar a solução de estado estacionário completa da Eq. (2)

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