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Osciladores de uma mola

Storyboard

>Modelo

ID:(1425, 0)



Mecanismos

Iframe

>Top



Código
Conceito

Mecanismos

ID:(15848, 0)



Oscilações com mola

Descrição

>Top


Um dos sistemas que ele representa é o de uma mola. Isso está associado à deformação elástica do material do qual a mola é feita. Quando falamos de "elástica", nos referimos a uma deformação que, ao remover o estresse aplicado, permite que o sistema recupere completamente sua forma original. Entende-se que não sofre uma deformação plástica.

Uma vez que a energia da mola é dada por

E=\displaystyle\frac{1}{2}m_i v^2+\displaystyle\frac{1}{2}k x^2



o período será igual a

T=2\pi\sqrt{\displaystyle\frac{m_i}{k}}



e, portanto, a frequência angular é

\omega_0 ^2=\displaystyle\frac{ k }{ m_i }

ID:(15563, 0)



Modelo

Top

>Top



Parâmetros

Símbolo
Texto
Variáve
Valor
Unidades
Calcular
Valeur MKS
Unidades MKS
x
x
Alongamento de mola
m
x_0
x_0
Amplitude inicial da oscilação
m
k
k
Constante de Hooke
N/m
K
K
Energia cinética total
J
V
V
Energia potencial
J
E
E
Energia total
J
\omega
omega
Frequência angular da mola
rad/s
m_i
m_i
Massa inercial
kg
\pi
pi
Pi
rad
v
v
Velocidade do oscilador
m/s

Variáveis

Símbolo
Texto
Variáve
Valor
Unidades
Calcular
Valeur MKS
Unidades MKS
\nu
nu
Frequência
Hz
p
p
Momento
kg m/s
T
T
Período
s
t
t
Tempo
s

Cálculos


Primeiro, selecione a equação: para , depois, selecione a variável: para
E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T omega = 2* pi * nu omega = 2* pi / T omega_0 ^2 = k / m_i p = m_i * v T =2* pi *sqrt( m_i / k ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 x = x_0 *cos( omega * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Variáve Dado Calcular Objetivo : Equação A ser usado
E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T omega = 2* pi * nu omega = 2* pi / T omega_0 ^2 = k / m_i p = m_i * v T =2* pi *sqrt( m_i / k ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 x = x_0 *cos( omega * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv




Equações

#
Equação

E = K + V

E = K + V


K =\displaystyle\frac{ p ^2}{2 m_i }

K = p ^2/(2 * m_i )


\nu =\displaystyle\frac{1}{ T }

nu =1/ T


\omega = 2 \pi \nu

omega = 2* pi * nu


\omega = \displaystyle\frac{2 \pi }{ T }

omega = 2* pi / T


\omega_0 ^2=\displaystyle\frac{ k }{ m_i }

omega_0 ^2 = k / m_i


p = m_i v

p = m_i * v


T =2 \pi \sqrt{\displaystyle\frac{ m_i }{ k }}

T =2* pi *sqrt( m_i / k )


v = - x_0 \omega_0 \sin \omega_0 t

v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t )


V =\displaystyle\frac{1}{2} k x ^2

V = k * x ^2/2


E =\displaystyle\frac{1}{2} k x_0 ^2

V = k * x ^2/2


x = x_0 \cos \omega t

x = x_0 *cos( omega_0 * t )

ID:(15851, 0)



Energia total

Equação

>Top, >Modelo


A energia total corresponde à soma da energia cinética total e da energia potencial:

E = K + V

K
Energia cinética total
J
5314
V
Energia potencial
J
4981
E
Energia total
J
5290
omega_0 ^2 = k / m_i V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T T =2* pi *sqrt( m_i / k ) p = m_i * v omega = 2* pi / T omega = 2* pi * nu x = x_0 *cos( omega * t ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

ID:(3687, 0)



Energia cinética em função do momento

Equação

>Top, >Modelo


A energia cinética de uma massa m

K_t =\displaystyle\frac{1}{2} m_i v ^2



pode ser escrita em termos do momento como

K =\displaystyle\frac{ p ^2}{2 m_i }

m_i
Massa inercial
kg
6290
p
Momento
kg m/s
8974
omega_0 ^2 = k / m_i V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T T =2* pi *sqrt( m_i / k ) p = m_i * v omega = 2* pi / T omega = 2* pi * nu x = x_0 *cos( omega * t ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

Como a energia cinética é igual a

K_t =\displaystyle\frac{1}{2} m_i v ^2



e o momento é

p = m_i v



podemos expressá-la como

K_t=\displaystyle\frac{1}{2} m_i v^2=\displaystyle\frac{1}{2} m_i \left(\displaystyle\frac{p}{m_i}\right)^2=\displaystyle\frac{p^2}{2m_i}



ou seja

K =\displaystyle\frac{ p ^2}{2 m_i }

ID:(4425, 0)



Oscilações com mola

Equação

>Top, >Modelo


O produto de la constante de Hooke (k) e la massa inercial (m_i) é denominado la frequência angular da mola (\omega) e é definido como:

\omega_0 ^2=\displaystyle\frac{ k }{ m_i }

k
Constante de Hooke
N/m
5311
\omega_0
Frequência angular da mola
rad/s
9798
m_i
Massa inercial
kg
6290
omega_0 ^2 = k / m_i V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T T =2* pi *sqrt( m_i / k ) p = m_i * v omega = 2* pi / T omega = 2* pi * nu x = x_0 *cos( omega * t ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

ID:(1242, 0)



Momento

Equação

>Top, >Modelo


O momento (p) é calculado a partir de la massa inercial (m_i) e la velocidade (v) usando

p = m_i v

m_i
Massa inercial
kg
6290
p
Momento
kg m/s
8974
v
v
Velocidade do oscilador
m/s
9965
omega_0 ^2 = k / m_i V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T T =2* pi *sqrt( m_i / k ) p = m_i * v omega = 2* pi / T omega = 2* pi * nu x = x_0 *cos( omega * t ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

ID:(10283, 0)



Frequência

Equação

>Top, >Modelo


La frequência (\nu) corresponde ao número de vezes que ocorre uma oscilação em um segundo. Já La período (T) é o tempo que uma única oscilação leva. Portanto, o número de oscilações por segundo é:

\nu =\displaystyle\frac{1}{ T }

\nu
Frequência
Hz
5077
T
Período
s
5078
omega_0 ^2 = k / m_i V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T T =2* pi *sqrt( m_i / k ) p = m_i * v omega = 2* pi / T omega = 2* pi * nu x = x_0 *cos( omega * t ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

A frequência é indicada em Hertz (Hz).

ID:(4427, 0)



Frequência angular

Equação

>Top, >Modelo


La frequência angular (\omega) é com la período (T) igual a

\omega = \displaystyle\frac{2 \pi }{ T }

\omega
\omega
Frequência angular da mola
rad/s
9798
T
Período
s
5078
\pi
Pi
3.1415927
rad
5057
omega_0 ^2 = k / m_i V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T T =2* pi *sqrt( m_i / k ) p = m_i * v omega = 2* pi / T omega = 2* pi * nu x = x_0 *cos( omega * t ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

ID:(12335, 0)



Amplitude de oscilação

Equação

>Top, >Modelo


Com a descrição da oscilação usando

z = x_0 \cos \omega_0 t + i x_0 \sin \omega_0 t



a parte real corresponde à evolução temporal da amplitude

x = x_0 \cos \omega t

x = x_0 \cos \omega_0 t

x
x
Alongamento de mola
m
5313
x_0
Amplitude inicial da oscilação
m
9961
\omega_0
\omega
Frequência angular da mola
rad/s
9798
t
Tempo
s
5264
omega_0 ^2 = k / m_i V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T T =2* pi *sqrt( m_i / k ) p = m_i * v omega = 2* pi / T omega = 2* pi * nu x = x_0 *cos( omega * t ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

ID:(14074, 0)



Velocidade de oscilação

Equação

>Top, >Modelo


Ao obtermos a parte real da derivada do número complexo que representa a oscilação

\dot{z} = i \omega_0 z



cuja parte real corresponde à velocidade

v = - x_0 \omega \sin \omega t

v = - x_0 \omega_0 \sin \omega_0 t

x_0
Amplitude inicial da oscilação
m
9961
\omega_0
Frequência angular da mola
rad/s
9798
t
Tempo
s
5264
v
Velocidade do oscilador
m/s
9965
omega_0 ^2 = k / m_i V = k * x ^2/2 E = k * x_0 ^2/2 E = K + V K = p ^2/(2 * m_i ) nu =1/ T T =2* pi *sqrt( m_i / k ) p = m_i * v omega = 2* pi / T omega = 2* pi * nu x = x_0 *cos( omega * t ) v = - x_0 * omega_0 *sin( omega_0 * t ) xx_0kKVEnuomegam_ipTpitv

Usando o número complexo

z = x_0 \cos \omega_0 t + i x_0 \sin \omega_0 t



introduzido em

\dot{z} = i \omega_0 z



obtemos

\dot{z} = i\omega_0 z = i \omega_0 x_0 \cos \omega_0 t - \omega_0 x_0 \sin \omega_0 t



assim, a velocidade é obtida como a parte real

v = - x_0 \omega_0 \sin \omega_0 t

ID:(14076, 0)