Enunciado

Um cilindro de massa m e momento de inércia de massa J 0 está livre para rolar sem deslizar, mas é restringido por duas molas com rigidez k 1 e k 2 , respectivamente, como mostra a Figura 2.85 . Determine a frequência natural de vibração do cilindro. Determine também o valor de a que maximiza a frequência natural de vibração.

Passo 1

Queremos a frequência natural do sistema dado na figura do enunciado.

Vamos calcular o momento de inércia de massa do sistema:

J C = 1 2 m R 2 + m R 2

J C = 3 2 m R 2

A equação de movimento para o sistema fornecido é da forma:

J C θ ¨ + k 1 R + a 2 θ + k 2 R + a 2 θ = 0

J C θ ¨ + k 1 + k 2 R + a 2 θ = 0

A equação generalizada de movimento para o sistema é da forma:

θ ¨ + ω n 2 θ = 0

Portanto:

θ ¨ + k 1 + k 2 R + a 2 3 2 m R 2 θ = 0

θ ¨ + 2 k 1 + k 2 R + a 2 3 m R 2 θ = 0

A frequência natural será:

ω n 2 = 2 k 1 + k 2 R + a 2 3 m R 2

ω n = 2 k 1 + k 2 R + a 2 3 m R 2

Resposta

ω n = 2 k 1 + k 2 R + a 2 3 m R 2

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