Enunciado

Determine a resposta à vibração livre do sistema com dois graus de liberdade mostrado na Figura 5.4   c o m ⁡ n = 1 , k = 8 e m = 2 para as condições iniciais e x 1 ( 0 ) = 1 e x 2 ( 0 ) = x ˙ 1 ( 0 ) = x ˙ 2 ( 0 ) = 0

Passo 1

A partir da solução do problema 5.24, as respostas de vibração livre das massas m1 e m2 são dadas por

x 1 ( t ) = x 1 ( 1 ) c o s ⁡ 2 t + ϕ 1 + x 1 ( 2 ) c o s ⁡ 3.4641 t + ϕ 2 (1)

x 2 ( t ) = x 1 1 c o s ⁡ 2 t + ϕ 1 - x 1 2 c o s ⁡ ( 3.4641 t +   ϕ 2 ) (2)

Em que x 1 ( 1 ) , x 1 ( 2 ) , ϕ 1   e   ϕ 2 são constantes a serem determinadas das condições iniciais. Usando as condições iniciais dadas, eqs(1) e (2) leva a

x 1 ( 0 ) = 1 = x 1 ( 1 ) c o s ⁡ ϕ 1 + x 1 ( 2 ) c o s ⁡ ϕ 2 (3)

x 2 ( 0 ) = 0 = x 1 ( 1 ) c o s ⁡ ϕ 1 - x 1 ( 2 ) c o s ⁡ ϕ 2 (4)

x ˙ 1 ( 0 ) = 0 = - 2 x 1 ( 1 ) s i n ⁡ ϕ 1 - 3.4641 x 1 ( 2 ) s i n ⁡ ϕ 2 (5)

x ˙ 2 ( 0 ) = 0 = - 2 x 1 ( 1 ) s i n ⁡ ϕ 1 + 3.4641 x 1 ( 2 ) s i n ⁡ ϕ 2 (6)

Eq(3) e (4) dão

x 1 ( 1 ) c o s ⁡ ϕ 1 = 1 2 (7)

x 1 ( 2 ) c o s ⁡ ϕ 2 = 1 2 (8)

Eq (5) e (6) dão

x 1 ( 1 ) s i n ⁡ ϕ 1 = 0 (9)

x 1 ( 2 ) s i n ⁡ ϕ 2 = 0 (10)

Eq (7) e (9) dão

x 1 ( 1 ) = 1 2 2 + ( 0 ) 2 1 2 = 1 2 ; ϕ 1 = t a n - 1 ⁡ ( 0 ) = 0

Eq(8) e (10)

x 1 ( 2 ) = 1 2 2 + ( 0 ) 2 1 2 = 1 2 ; ϕ 2 = t a n - 1 ⁡ ( 0 ) = 0

Passo 2

Portanto, a resposta da vibração livre de m 1   e   m 2 são

x 1 ( t ) = 1 2 c o s ⁡ 2 t + 1 2 c o s ⁡ 3.4641 t

x 2 ( t ) = 1 2 c o s ⁡ 2 t - 1 2 c o s ⁡ 3.4641 t

Resposta

x 1 ( t ) = 1 2 c o s ⁡ 2 t + 1 2 c o s ⁡ 3.4641 t

x 2 ( t ) = 1 2 c o s ⁡ 2 t - 1 2 c o s ⁡ 3.4641 t

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