Enunciado
Física - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 8.2 - Ex. 30
30. O corpo de do problema 8.28 é liberado a partir do repouso a uma distância à direita da posição de equilíbrio. Determine o deslocamento como uma função do tempo , onde é o instante de equilíbrio.
Passo 1
Temos a constante da mola , igual a e a massa do corpo que está oscilando. O que isso quer dizer?
Ora bolas! Quer dizer que já podemos determinar a frequência angular natural do nosso sistema, a qual é dada pela relação abaixo:
Substituindo os valores numéricos adequados, chegamos ao seguinte valor:
Passo 2
E para nossa alegria o fator de amortecimento está relacionado ao coeficiente de amortecimento viscoso pela seguinte fórmula:
E conhecendo os valores das nossas variáveis, alcançamos o seguinte resultado para o fator de amortecimento:
Obtido o valor do fator de amortecimento , o que temos que fazer agora, é determinar a frequência angular do nosso sistema amortecido, que tem a seguinte cara:
Substituindo os valores numéricos adequados, obtemos como:
Passo 3
Obtida nossa frequência angular real do oscilador amortecido, vamos agora definir a equação de posição do nosso sistema, a qual é dada por:
Só que sabemos o valor de , o que nos leva à:
O valor de nos já temos, que é a posição inicial que o corpo é liberado à direita da posição de equilíbrio. Vamos então derivar para ver se podemos arranjar alguma coisa com a expressão da velocidade que dela advém:
Só que quando o corpo é liberado, a velocidade é nula. Logo, vale zero:
Só que , ou seja:
Pronto! Só nos resta agora substituir os valores que obtivemos de e , na expressão pdo deslocamento :