Princípios Básicos de Vibrações
Por: Leyzinne Loures • 29/4/2019 • Trabalho acadêmico • 1.778 Palavras (8 Páginas) • 154 Visualizações
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PRINCÍPIOS DE VIBRAÇÕES MECÂNICAS
Artigo apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Pitágoras de Ipatinga – MG, como requisito de nota parcial, para o conteúdo de Vibrações.
Orientador: Flávio Paoliello
Ipatinga
2018
FUNDAMENTOS DE VIBRAÇÕES
CONCEITO DE VIBRAÇÕES
Vibração é qualquer movimento oscilatório que se repete em um determinado intervalo de tempo, esse intervalo é denominado período. Tal conceito caracteriza uma partícula e um corpo rígido, estando os mesmos em um sistema ou não. A diferença entre a partícula e um corpo rígido é basicamente que a forma da partícula pode ser desprezada e no corpo rígido não, abaixo a figura exemplifica a diferença.
Uma forma de entender o conceito pode ser a partir de um pêndulo simples, que nada mais é que uma massa amarrada em uma corda que esta vinculada a outra ponta, pondendo ser exemplificado na figura 1.
Figura 1 - Pêndulo simples
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Fonte: Info escola
Em função do vínculo, a partir de uma força ele pode oscilar o movimento, como mostra a figura 2.
Figura 2 - Movimento do pêndulo simples
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Fonte: Info escola
A partir da figura 4 pode se obter uma analise do comportamento do mesmo. Senso assim, quando a massa está no ponto O apresenta um equilíbrio do sistema, colocando a massa no ponto A o pêndulo passa a fornecer energia potencial, devido a locomoção da massa. Ao retornar para o ponto O, a massa apresenta uma diminuição da energia potencial e passa a aumentar a energia cinética, como ele tem uma grande quantidade de energia cinética a massa não para no ponto O, vai até o ponto B, fazendo um movimento de oscilação de energias.
FUNDAMENTOS HISTÓRICOS
O estudo de vibrações é tão antigo quanto a humanidade, seu surgimento foi juntamente com a música que possui vibração acústica, devido ao movimento dos instrumentos com a notas. O primeiro cientista a caracterizar de forma técnica os sons musicais foi Pitágoras, 582 anos antes de cristo, logo, depois de 132 anos depois de cristo teve o surgimento do sismógrafo, que é o instrumento que detecta e registra as vibrações na terra, podendo ser observado na figura 3. Após a inventividade, outros importantes físicos contribuíram para o desenvolvimento da análise a respeito do movimento de oscilação.
Figura 3 - Primeiro sismógrafo inventado pelo chinês antigo Zhang Heng do leste de Han Dyansty.
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Fonte: Hunan Television.
Ainda a respeito do primeiro sismógrafo apresentado acima, sua forma característica da cultura do criador é um jarro com oito dragões com uma bola na boca, dentro do mesmo possui um mecanismo com pêndulos, visto que caso ocorra alguma vibração de terra, o pêndulo se movimenta fazendo com que a boca do dragão se abra, sendo assim, a bola cairia na boca sapo. O material utilizado para sua confecção foi o metal estrategicamente por conta da onda sonora produzida com a queda da bola da boca do dragão diretamente na boca do sapo.
Um exemplo de rompimento estrutural devido as vibrações é a Ponte Tacoma Narrow, no estado de Washington, Estados Unidos, que foi inaugurada em julho de 1940 e, no mesmo ano, cinco meses depois, rompeu devida a ressonância, que é a força de excitação, ou seja, a frequência que estava empurrando o sistema quando coincidiu ou igualou a frequência natural que é uma propriedade do sistema mecânico, houve uma amplificação do movimento de vibração, atingindo assim uma tensão interna maior do que a ponte foi projetada para suportar. A figura 4 apresenta a vista de quem estava rente a ponte antes dela entrar em colapso.
Figura 4 - Oscilação da Ponte Tacoma Narrow
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Fonte: Nossa Engenharia.
Após o incidente, a ponte foi reconstruída fazendo os devidos reforços para que não haja os esforços de flexão e torção na presença de ações do vento.
O estudo da vibração é importante visto que uma boa parte dos elementos do dia a dia de todas as pessoas dependem da eficácia dos sistemas que se submetem as vibrações, alguns exemplos disso são as máquinas rotativas, fenômenos naturais que inviabilizaria diretamente pontes e prédios, acústica urbana e entre outros.
ELEMENTOS DE SISTEMAS VIBRATÓRIOS
O sistema vibratório é composto por massa ou inercia, com a função de armazenar energia cinética, o movimento de translação se trabalha com a massa, já o movimento rotacional é necessário trabalhar com o movimento de inercia.
Outro componente são as molas em sua forma rígida ou elástica, que armazena energia potencial, podendo fazer sua transformação para energia cinética. A rigidez e elasticidade são propriedades dos materiais, desse modo, os corpos mesmo sendo rígidos são deformáveis.
Por fim, o componente responsável para dissipação de energia é o amortecedor, sendo o mais comum no dia a dia o viscoso, presente nos carros devido a dissipação de energia de um fluído (óleo) que demandam o amortecimento. Há também o amortecimento em função do atrito, também conhecido como amortecimento de Coulomb, sendo o mesmo caracterizado com o atrito fazendo uma força no sentido oposto ao movimento, dessa forma se tem a dissipação de energia com a transformação da energia de movimento em energia de calor, fazendo com que a energia vibratória diminua om o tempo. Além disso existe o amortecimento histerético, que é a partir da deformação dos corpos já que as partículas internas de um sistema estão em atrito devido a mudança de forma, esse atrito faz com que se dissipe energia, podendo ser observado mais em projetos de sistemas com múltiplos graus de liberdade.
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