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SISTEMA OSCILATÓRIO AMORTECIDO

Por:   •  29/5/2017  •  Trabalho acadêmico  •  1.343 Palavras (6 Páginas)  •  285 Visualizações

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SISTEMA OSCILATÓRIO AMORTECIDO

Molas e pêndulos não oscilam indefinidamente: após

um intervalo de tempo, eles atingem o repouso, devido à

existência de forças dissipativas (arrasto). Esse efeito de

redução da amplitude de oscilação do sistema oscilante é

denominado amortecimento. Um exemplo de amortecimento é

o bungee jump: Após um determinado tempo de oscilação em

torno da posição de equilíbrio do elástico, o praticante sessa

seu movimento.

Em um sistema oscilatório, há sempre uma força de

restituição elástica:

Fe  k  x

Para casos sem amortecimento, temos, a partir da Segunda Lei de Newton que:

R

2

R 2

F m a

d x

F m

dt

 

 

Em sistemas simplificados, a força resultante é a força restituidora (exemplo: sistema

massa mola horizontal sem atrito). Neste caso:

R

2

2

2

2

F k x

d x

k x m

dt

k d x

x 0

m dt

  

   

  

A solução para equação diferencial já é conhecida. Uma

vez que k 2

m

 ω , a solução para a função é:

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ

ESCOLA POLITÉCNICA – ENGENHARIA_____________________________

FÍSICA II – 1º SEMESTRE 2017

ALUNO: _________________________________________________________

x(t)  xm  cos(ωt  θ0 )

Para sistemas amortecidos, há uma força de resistência proporcional à velocidade:

ar

dx

F b v b

dt

     

Há agora duas forças: a de restituição e a de amortecimento:

e

ar

F k x

dx

F b

dt

  

  

Da Segunda Lei de Newton

2

R 2

d x

F m

dt

 

   

 

 

, temos que:

0

2

2

2

2

2

dx d x

k x b m

dt dt

dx d x

x 2 0

dt dt

ω ωγ

     

    

Em que 0

k 2

m

 ω e

b

2

m

 ωγ . A equação se trata de uma equação diferencial de

segunda ordem com coeficientes constantes. É possível perceber, pelo fenômeno observado,

que o efeito da força restauradora sobre a partícula a faz oscilar em torno de uma posição de

equilíbrio, tal qual no MHS. O efeito da força de atrito é o de provocar uma redução da

amplitude do movimento da partícula à medida que o tempo passa. Esses dois efeitos

combinados causam o movimento real do oscilador. A solução para essa equação se

caracteriza, portanto, por uma parte oscilatória combinada a uma parte exponencial:

t

x(t) xm e cos( ´t ) ωγ

ω θ

   

A demonstração da validade da solução pode ser obtida substituindo a solução na

equação diferencial:

t t

m 0 m 0

dx(t)

x e cos( ´t ) ´ x e sen( ´t )

dt

ωγ ωγ

ωγ ω θ ω ω θ

 

     

...

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