Enunciado

O coeficiente de influência inverso b i j é definido como a velocidade induzida no ponto i provocada por um impulso unitário aplicado no ponto j . Utilizando essa definição, deduza a matriz de massa inversa do sistema mostrado na Figura 6.4(a).

Passo 1

Falaaa meus amigos! Como vocês estão? Vamos pra mais uma questãozinha desse assunto?

Primeiro, vamos combinar que x t   e   θ ( t ) indicam as coordenadas pra definir as posições linear e angular do móvel M e do pêndulo m, respectivamente. Pra gente derivar os coeficientes de influência de inércia inversa, primeiro nós vamos aplicar um impulso unitário linear no ponto 0, ao longo de x t e escreveremos as relações de momento-impulso observando a seguinte ilustração:

Assim, a relação de impulso-momento, ao longo de x , se dá por:

x ˙ = 1 = b 11 M + m + b 21 m l 2

Já a relação de impulso-momento ao longo de θ , se dá por:

θ ˙ = 0 = b 11 m l 2 + b 21 m l 2 3

Essas duas últimas equações combinadas, nos levam as seguintes conclusões, galera:

b 11 = 4 4   M + m ;         b 21 = - 6 4 M l + m l

Passo 2

Agora, pessoal, vamos aplicar o impulso angular unitário no ponto 0(ao longo de θ ( t ) ) e escrevemos as relações de impulso-momento observando agora a seguinte figura:

Assim, a relação de impulso-momento, ao longo de x , se dá por:

x ˙ = 0 = b 12 M + m + b 22 m l 2

Já a relação de impulso-momento ao longo de θ , se dá por:

θ ˙ = 1 = b 12 m l 2 + b 22 m l 2 3

Essas duas últimas equações combinadas, nos levam as seguintes conclusões, galera:

b 12 = 6 4   M l + m l ;         b 22 = - 12 ( M + m ) 4   M   m   l 2 + m 2 l 2

E finalmente, podemos montar a matriz de massa inversa já que já possuímos os componentes, teremos:

b = m - 1 = 4 4   M + m           - 6 4 M l + m l - 6 4 M l + m l           12 M + m 4   M   m   l 2 + m 2 l 2

Resposta

b = m - 1 = 4 4   M + m           - 6 4 M l + m l - 6 4 M l + m l           12 M + m 4   M   m   l 2 + m 2 l 2

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