Ondas Harmônicas
Considere duas molas, a mola 1 tem frequência natural enquanto a mola 2 tem frequência natural Ambas estão sob a ação de uma mesma força externa periódica que oscila com frequência A respeito da solução particular de ambas, podemos afirmar que:
- Ambas oscilam em fase com a mesma frequência e mesma amplitude.
- As molas oscilam defasadas mas com mesma frequência e mesma amplitude.
- As molas oscilam em fase com mesma frequência e 2 apresenta uma amplitude maior que 1
- A mola 2 oscila com maior amplitude e frequência que 1. Elas podem estar ou não em fase, dependendo das condições iniciais.
- As molas oscilam fora de fase com mesma frequência e 2 apresenta uma amplitude maior do que 1.
Passo 1
Quando ele fala da solução particular, está falando da solução que tem a ver com a força externa periódica, ou seja, com a solução estacionária.
Afinal de contas, a EDO de uma mola que sofre a ação de uma força externa é assim:
E a solução é composta de uma solução geral e uma particular:
Então, você vai precisar usar também a equação:
E a relação que vimos para as fases da solução particular:
Porque isso vai compor a sua solução particular que é dada por:
Isso porque a questão não fala nada sobre amortecimento.
Passo 2
Vamos analisar as amplitudes e as fases de cada mola:
Para a mola 1, a amplitude será dada por:
E fase? Bom, como nesse caso a força externa tem uma frequência maior que a frequência natural, pela relação que vimos antes:
Assim, a solução particular será:
Passo 3
Para a mola2, a amplitude será dada por:
E a fase? Bom, como nesse caso a frequência natural é maior do que a frequência da força externa, temos:
Assim a solução particular será:
Passo 4
Vamos comparar as duas agora:
Amplitudes:
Como :
Concluímos que a mola 2 oscila com uma amplitude maior que a mola 1.
E elas estão em fase ou fora de fase?
Estão fora de fase. Podemos notar isso dentro dos cossenos das soluções particulares: para uma delas usamos uma constante de fase e para outra
Assim, dando uma lida nas opções podemos concluir que a resposta correta é a :
e)
Resposta
e)