Enunciado

Uma das rodas e feixe de molas de um automóvel que trafega por uma estrada acidentada são mostrados na Figura 5.22 . Por simplicidade, podemos supor que todas as rodas sejam idênticas e o sistema possa ser idealizado como mostra a Figura 5.23. O automóvel tem uma massa m 1 = 1.000   k g , e o feixe de molas tem uma rigidez total de k 1 = 400 k N / m . As rodas e eixos têm uma massa m 2 = 300   k g , e a rigidez dos pneus é k 2 = 500   N / m . Se a superfície da estrada variar conforme uma senóide com amplitude de Y = 0,1   m e um periodo de l = 6   m , determine as velocidades críticas do automóvel.

Passo 1

Equações do movimento

m 1 x ¨ 1 + k 1 x 1 - k 1 x 2 = 0

m 2 x ¨ 2 + k 1 + k 2 x 2 - k 1 x 1 = 0 (E1)

Deixe x i ( t ) = X i c o s ⁡ ( ω t + ϕ )

i = 1,2 (E2)

Eq (E1) se torna

- m 1 ω 2 + k 1         - k 1   - k 1         - m 2 ω 2 + k 1 + k 2   x 1   x 2   = 0   0  

Passo 2

Frequência da equação é

- m 1 ω 2 + k 1   - k 1   - k 1   - m 2 ω 2 + k 1 + k 2   = 0

i.e, m 1 m 2 ω 4 - m 1 k 1 + m 1 k 2 ω 2 - k 1 m 2 ω 2 + k 1 k 2 = 0

i.e, ω 2 = [ m 1 k 1 + m 1 x 2 + m 2 k 1 ± ( m 1 2 k 1 2 + m 1 2 k 2 2 + m 2 2 k 1 2 + 2 m 1 2 k 1 x 2

- 2 m 1 m 2 k 1 k 2 + 2 m 1 m 2 k 1 2 ) 1 2 ] / 2 m 1 m 2 (E3)

Uma vez que m 1 = 1000 k g , m 2 = 300 k g , k 1 = 4 × 10 5 N / m   a n d   k 2 = 5 × 10 5 N / m ,

Eq (E3) dá

ω 1 = 14.4539 r a d / s e c , ω 2 = 56.4897 r a d / s e c

f 1 = 14.4539 2 π H z = s 1 ( 1000 ) 3600 1 l = s 1 21.6

Uma vez que l = 6 m   e   s 1   e s t á   e m   k m / h r .

∴ s 1 =   v e l o c i d a d e   c r í t i c a   # 1 = 14.4539 2 π ( 21.6 ) = 49.6887 k m / h r

f 2 = 56.4897 2 π H z = s 2 1000 3600 1 l = s 2 21.6

∴ s 2 =   v e l o c i d a d e   c r í t i c a   # 2 = 56.4897 2 π ( 21.6 ) = 194.1968 k m / h r .

Resposta

S1 = 49.6887 k m / h r

F2 = s 2 21.6

S2 = 194.1968 k m / h r .

Ver Outros Exercícios desse livro