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ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS: Equações Diferenciais e Séries

Por:   •  31/3/2016  •  Trabalho acadêmico  •  930 Palavras (4 Páginas)  •  320 Visualizações

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[pic 1] 

FACULDADE ANHANGUERA DE TAUBATÉ

Engenharia de Produção Mecânica

                                                       

                      ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS

Equações Diferenciais e Séries

Taubaté

  2015

ANHANGUERA EDUCACIONAL

FACULDADE ANHANGUERA DE TAUBATÉ

Engenharia de Produção Mecânica 4ª B

Mecânica

Antônio Marcelo Pereira Neto – RA 8498224580  

Felipe Prado Oliveira – RA 9902008910

Rafael do Nascimento Silva – RA 8203949493

Weston Ferreira de Carvalho – RA 8075844676

Atividades Práticas Supervisionadas da Anhanguera

Educacional como requisito parcial de obtenção

de nota sobre orientação da professora Débora Cervellini

Taubaté

2015

 Sumário

ETAPA 1

Passo 1 – Pesquisar e estudar sobre modelagem de sistemas por meio de equações diferenciais em sistemas físicos e problemas de engenharia.

Equações diferenciais¹

Fenômenos físicos frequentemente envolvem relações entre

uma variável independente x e uma variável dependente y.

Tais relações não são fáceis ou mesmo possíveis de serem

descritas como uma função da variável independente:

y = f (x)

Ás vezes podemos estabelecer a relação entre y e x através de

seus valores e as derivadas da função desconhecida dy/dx.

Em circuitos elétricos, por exemplo, desejamos encontrar a

voltagem como uma função do tempo, v(t), que pode ser

escrita como uma relação das derivadas de v no tempo e as

propriedades do circuito.

Uma relação expressa como uma função da variável

independente x, da variável dependente y e suas derivadas

y0(x), y00(x), . . . é dita equação diferencial.

Uma relação que envolve derivadas até ordem n é dita

equação diferencial ordinária (EDO), podendo ser colocada na

forma matemática:

f (x, y(x), y0(x), . . . , y(n)(x)) = 0

Quando o tempo é a variável independente

No caso da variável independente ser o tempo t, o sistema de

equações diferenciais ordinárias toma a forma:

˙ x1 = f1(x1, . . . , xn)

˙ x2 = f2(x1, . . . , xn)

...

...

˙ xn = fn(x1, . . . , xn)

Mais especificamente, estaremos interessados no problema de

encontrar a trajetória x(t), t 2 [0,T], a partir de um estado

inicial x(0) 2 Rn onde x(t) = (x1(t), . . . , xn(t)).

Exemplos:

  1. Suspensão de automóvel (simplificada)

Representação

A suspensão de uma roda de veículo pode ser representada, de

forma simplificada, por:

  • Uma massa M (kg) suportada pela roda;
  • Um conjunto de molas representado pela mola ideal com

constante K (N/m) e

  • Um amortecedor representado pelo sistema de absorção B

(Ns/m).

[pic 2]

Fig. 1 – Suspensão de automóvel simplificada.

Conforme eixos coordenados, o sistema está em repouso na

posição y = 0 e velocidade y˙ = 0.

A suspensão é submetida a uma força externa f (t)

dependente do terreno e da carga do veículo.

         As forças e respectivas direções de referência estão indicadas

na figura.

De acordo com a lei de Newton, a soma das forças que atuam no

sistema deve igualar a massa vezes a aceleração:

[pic 3]

ou seja,

f − FM − FK − FB = [pic 4]

Formalmente:

f(t) – Mg – Ky(t) – B  =     (1)[pic 5][pic 6]

 +  + = - g+  f(t)     (2)[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

Vamos definir o estado do

sistema como x(t), sendo este dado por:

 =       (3)[pic 11][pic 12]

Procedendo à mudança de variável, substituímos x(t) no lugar de

y(t) e dy(t)/dt em (1) – (2), obtendo:

 =                          =       (4)[pic 17][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

As equações acima nos levam a:

...

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