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Guias e Dicas
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Guia de Estudo: Movimento Harmônico Simples (MHS) - Física 2, Esquemas de Física

Usado em Física II, resumo da matéria

Tipologia: Esquemas

2020

Compartilhado em 23/03/2020

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bg1
Engenharia Química/Civil
Física 2
Prof. Márcio Boer Ribeiro
Guia de Estudo: MHS
O movimento periódico é aquele que se repete em um ciclo definido. Ele ocorre quando um corpo
possui uma posição de equilíbrio estável e uma força restauradora que atua sobre o corpo quando ele
é deslocado da sua posição de equilíbrio. O período Té o tempo necessário para completar um ciclo.
A frequência fé o número de ciclos por unidade de tempo. A frequência angular ωé 2πvezes a
frequência.
461
CHAPTER 14 SUMMARY
Simple harmonic motion: If the restoring force in
periodic motion is directly proportional to the displace-
ment x, the motion is called simple harmonic motion
(SHM). In many cases this condition is satisfied if the
displacement from equilibrium is small. The angular
frequency, frequency, and period in SHM do not depend
on the amplitude, but only on the mass mand force con-
stant k. The displacement, velocity, and acceleration in
SHM are sinusoidal functions of time; the amplitude A
and phase angle of the oscillation are determined by
the initial position and velocity of the body. (See Exam-
ples 14.2, 14.3, 14.6, and 14.7.)
f
Fx
Energy in simple harmonic motion: Energy is conserved
in SHM. The total energy can be expressed in terms of
the force constant kand amplitude A. (See Examples
14.4 and 14.5.)
Angular simple harmonic motion: In angular SHM, the
frequency and angular frequency are related to the
moment of inertia Iand the torsion constant .k
(14.3)
(14.4)
(14.10)
(14.11)
(14.12)
(14.13)
x=Acos1vt+f2
T=1
ƒ=2pAm
k
ƒ=v
2p=1
2pAk
m
v=Ak
m
a
x=Fx
m=-
k
mx
Fx=-kx
(14.21)
E=1
2mvx2+1
2kx2=1
2kA2=constant
(14.24)
v=Ak
I and ƒ=1
2pAk
I
Simple pendulum: Asimple pendulum consists of a point
mass mat the end of a massless string of length L. Its
motion is approximately simple harmonic for suffi-
ciently small amplitude; the angular frequency, fre-
quency, and period then depend only on gand L, not on
the mass or amplitude. (See Example 14.8.)
(14.32)
(14.33)
(14.34)
T=2p
v=1
ƒ=2pAL
g
ƒ=v
2p=1
2pAg
L
v=Ag
L
Periodic motion: Periodic motion is motion that repeats
itself in a definite cycle. It occurs whenever a body has a
stable equilibrium position and a restoring force that
acts when it is displaced from equilibrium. Period Tis
the time for one cycle. Frequency is the number of
cycles per unit time. Angular frequency is times
the frequency. (See Example 14.1.)
2pv
ƒ
(14.1)
(14.2)
v=2pƒ=2p
T
ƒ=1
T T=1
ƒ
Fx
a
x
x
x
n
mg
y
n
mg
y
Fx
a
x
x
n
mg
y
x = 2Ax = 0
x,0x.0
x = A
x
2T
O
A
Tt
x
2A
Energy
x
E5K1U
OA2A
U
K
u
t
z
SpringBalance wheel
Spring torque tzopposes
angular displacement u.
L
T
mg sin u
mg
mg cos u
u
Physical pendulum: Aphysical pendulum is any body
suspended from an axis of rotation. The angular fre-
quency and period for small-amplitude oscillations are
independent of amplitude, but depend on the mass m,
distance dfrom the axis of rotation to the center of grav-
ity, and moment of inertia Iabout the axis. (See Exam-
ples 14.9 and 14.10.)
(14.38)
(14.39)T=2pAI
mgd
v=
B
mgd
Id
z
mg sinu
mg
mg cosu
cg
O
dsin uu
f=1
T(1)
ω=2πf=2π
T(2)
O movimento harmônico simples: quando a força resultante for uma força restauradora Fxdire-
tamente proporcional ao deslocamento x, o movimento denomina-se movimento harmônico simples
(MHS). Em muitos casos, essa condição é satisfeita se o deslocamento a partir do equilíbrio for pe-
queno. A frequência angular, a frequência e o período em MHS não dependem da amplitude, apenas
da massa me da constante da mola k. O deslocamento, a velocidade e a aceleração em MHS são
funções senoidais do tempo; a amplitude Ae o ângulo de fase φda oscilação são determinados pela
posição inicial e velocidade do corpo.
461
CHAPTER 14 SUMMARY
Simple harmonic motion: If the restoring force in
periodic motion is directly proportional to the displace-
ment x, the motion is called simple harmonic motion
(SHM). In many cases this condition is satisfied if the
displacement from equilibrium is small. The angular
frequency, frequency, and period in SHM do not depend
on the amplitude, but only on the mass mand force con-
stant k. The displacement, velocity, and acceleration in
SHM are sinusoidal functions of time; the amplitude A
and phase angle of the oscillation are determined by
the initial position and velocity of the body. (See Exam-
ples 14.2, 14.3, 14.6, and 14.7.)
f
Fx
Energy in simple harmonic motion: Energy is conserved
in SHM. The total energy can be expressed in terms of
the force constant kand amplitude A. (See Examples
14.4 and 14.5.)
Angular simple harmonic motion: In angular SHM, the
frequency and angular frequency are related to the
moment of inertia Iand the torsion constant .k
(14.3)
(14.4)
(14.10)
(14.11)
(14.12)
(14.13)
x=Acos1vt+f2
T=1
ƒ=2pAm
k
ƒ=v
2p=1
2pAk
m
v=Ak
m
a
x=Fx
m=-
k
mx
Fx=-kx
(14.21)
E=1
2mvx2+1
2kx2=1
2kA2=constant
(14.24)
v=Ak
I and ƒ=1
2pAk
I
Simple pendulum: Asimple pendulum consists of a point
mass mat the end of a massless string of length L. Its
motion is approximately simple harmonic for suffi-
ciently small amplitude; the angular frequency, fre-
quency, and period then depend only on gand L, not on
the mass or amplitude. (See Example 14.8.)
(14.32)
(14.33)
(14.34)
T=2p
v=1
ƒ=2pAL
g
ƒ=v
2p=1
2pAg
L
v=Ag
L
Periodic motion: Periodic motion is motion that repeats
itself in a definite cycle. It occurs whenever a body has a
stable equilibrium position and a restoring force that
acts when it is displaced from equilibrium. Period Tis
the time for one cycle. Frequency is the number of
cycles per unit time. Angular frequency is times
the frequency. (See Example 14.1.)
2pv
ƒ
(14.1)
(14.2)
v=2pƒ=2p
T
ƒ=1
T T=1
ƒ
Fx
a
x
x
x
n
mg
y
n
mg
y
Fx
a
x
x
n
mg
y
x = 2Ax = 0
x,0x.0
x = A
x
2T
O
A
Tt
x
2A
Energy
x
E5K1U
OA2A
U
K
u
t
z
SpringBalance wheel
Spring torque tzopposes
angular displacement u.
L
T
mg sin u
mg
mg cos u
u
Physical pendulum: Aphysical pendulum is any body
suspended from an axis of rotation. The angular fre-
quency and period for small-amplitude oscillations are
independent of amplitude, but depend on the mass m,
distance dfrom the axis of rotation to the center of grav-
ity, and moment of inertia Iabout the axis. (See Exam-
ples 14.9 and 14.10.)
(14.38)
(14.39)T=2pAI
mgd
v=
B
mgd
Id
z
mg sinu
mg
mg cosu
cg
O
dsin uu
F=kx (3)
ax=
k
mx=ω2x(4)
ω=rk
m(5)
f=ω
2π=1
2πrk
m(6)
T=1
f=2πrm
k(7)
x=Acos(ωt+φ)(8)
1
pf2

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Engenharia Química/Civil

Física 2

Prof. Márcio Boer Ribeiro

Guia de Estudo: MHS

• O movimento periódico é aquele que se repete em um ciclo definido. Ele ocorre quando um corpo

possui uma posição de equilíbrio estável e uma força restauradora que atua sobre o corpo quando ele

é deslocado da sua posição de equilíbrio. O período T é o tempo necessário para completar um ciclo.

A frequência f é o número de ciclos por unidade de tempo. A frequência angular ω é 2π vezes a

MMARYfrequência.

oring force in onal to the displace- harmonic motion n is satisfied if the mall. The angular SHM do not depend ass m and force con- , and acceleration in me; the amplitude A are determined by he body. (See Exam- Fx Energy is conserved pressed in terms of A. (See Examples angular SHM, the re related to the constant k. (14.3) (14.4) (14.10) (14.11) (14.12) x = A cos 1 vt + f 2 (14.13)

T =

ƒ = 2 p A m k ƒ = v 2 p

2 p A k m v = A k m ax = Fx m

k m x Fx = -kx (14.21) E = 12 m v x^2 + 12 kx^2 = 12 kA^2 = constant (14.24) v = A k I and ƒ =

2 p A k I m consists of a point ing of length L. Its rmonic for suffi- r frequency, fre- ly on g and L, not on le 14.8.) (14.32) (14.33) T = (14.34) 2 p v

ƒ = 2 p A

L

g ƒ = v 2 p

2 p A g L v = A g L motion that repeats henever a body has a storing force that librium. Period T is is the number of ency vis 2 ptimes (14.1) v = 2 pƒ = (14.2) 2 p T ƒ =

T

T =

ƒ Fx ax x x n mg y n mg y Fx ax x n mg y x = 2 A x = 0 x , 0 x. 0 x = A x 2 T O A T t x 2 A Energy x E 5 K 1 U 2 A O A U K tz u Balance wheel Spring Spring torque tz opposes angular displacement u. L T mg sin u mg mg cos u u ulum is any body The angular fre- ude oscillations are nd on the mass m, to the center of grav- he axis. (See Exam- (14.38) T = 2 p (14.39) A

I

mgd v = B mgd I (^) d z mg sin u mg mg cos u cg O dsin u u

f =

T

ω = 2 π f =

T

• O movimento harmônico simples: quando a força resultante for uma força restauradora Fx dire-

tamente proporcional ao deslocamento x, o movimento denomina-se movimento harmônico simples

(MHS). Em muitos casos, essa condição é satisfeita se o deslocamento a partir do equilíbrio for pe-

queno. A frequência angular, a frequência e o período em MHS não dependem da amplitude, apenas

da massa m e da constante da mola k. O deslocamento, a velocidade e a aceleração em MHS são

funções senoidais do tempo; a amplitude A e o ângulo de fase φ da oscilação são determinados pela

posição inicial e velocidade do corpo.

MMARY

toring force in ional to the displace- harmonic motion on is satisfied if the mall. The angular n SHM do not depend ass m and force con- , and acceleration in me; the amplitude A n are determined by the body. (See Exam- Fx Energy is conserved xpressed in terms of A. (See Examples n angular SHM, the re related to the constant k. (14.3) (14.4) (14.10) (14.11) (14.12) x = A cos 1 v t + f 2 (14.13)

T =

ƒ = 2 p A m k ƒ = v 2 p

2 p A k m v = A k m ax = Fx m

k m x Fx = - kx (14.21) E = 12 mvx^2 + 12 kx^2 = 12 kA^2 = constant (14.24) v = A k I and ƒ =

2 p A k I s motion that repeats whenever a body has a estoring force that ilibrium. Period T is is the number of ency is times ) v 2 p ƒ (14.1) v = 2 pƒ = (14.2) 2 p T ƒ =

T

T =

ƒ Fx ax x x n mg y n mg y Fx ax x n mg y x = 2 A x = 0 x , 0 x. 0 x = A x O 2 T A T t x 2 A Energy x E 5 K 1 U 2 A O A U K t z u Balance wheel Spring Spring torque t z opposes angular displacement u.

F = −kx (3)

ax = −

k

m

x = −ω^2 x (4)

k

m

f =

k

m

T =

f

m

k

x = A cos (ωt + φ) (8)

  • Energia no MHS: a energia se conserva no MHS. A energia total pode ser expressa em termos da

constante da mola k e da amplitude A:

E = 1 2 mv^2 x + 1 2 kx^2 = 1 2 kA^2 (9)

  • Pêndulo simples: um pêndulo simples é constituído por uma massa pontual m presa à extremidade

de um fio sem massa de comprimento L. Seu movimento é aproximadamente harmônico simples

para amplitudes suficientemente pequenas, portanto a frequência angular, a frequência e o período dependem apenas de g e L, não da massa ou da amplitude.

Energy is conserved xpressed in terms of A. (See Examples n angular SHM, the re related to the constant k. x = A cos 1 v t + f 2 (14.13) (14.21) E = 12 mvx^2 + 12 kx^2 = 12 kA^2 = constant (14.24) v = A k I and ƒ =

2 p A k I um consists of a point ring of length L. Its rmonic for suffi- ar frequency, fre- ly on g and L , not on ple 14.8.) (14.32) (14.33) T = (14.34) 2 p v

ƒ = 2 p A

L

g ƒ = v 2 p

2 p A g L v = A g L Energy x E 5 K 1 U 2 A O A U K t z u Balance wheel Spring Spring torque t z opposes angular displacement u. L T mg sin u mg mg cos u u dulum is any body

. The angular fre-

tude oscillations are end on the mass m , to the center of grav- the axis. (See Exam- (14.38) T = 2 p (14.39) A

I

mgd v = B mgd I (^) d z mg sin u mg mg cos u cg O d sin u u

ω =

√ g L (10) f = ω 2 π = 1 2 π √ g L (11) T = 1 f = 2 π √ L g (12)

  • Um pêndulo físico: um pêndulo físico é qualquer corpo suspenso em um eixo de rotação. A frequên-

cia angular, a frequência e o período, para oscilações de pequena amplitude, são independentes da

amplitude; dependem somente da massa m, da distância d do eixo de rotação ao centro de gravidade e do momento de inércia I em torno do eixo de rotação.

toring force in tional to the displace- e harmonic motion ion is satisfied if the small. The angular in SHM do not depend mass m and force con- , and acceleration in ime; the amplitude A n are determined by the body. (See Exam- Fx Energy is conserved xpressed in terms of A. (See Examples n angular SHM, the are related to the n constant k. (14.3) (14.4) (14.10) (14.11) (14.12) x = A cos 1 v t + f 2 (14.13)

T =

1

ƒ = 2 p A m k ƒ = v 2 p

2 p A k m v = A k m ax = Fx m

k m x Fx = - kx (14.21) E = 12 mvx^2 + 12 kx^2 = 12 kA^2 = constant (14.24) v = A k I and ƒ =

2 p A k I um consists of a point ring of length L. Its armonic for suffi- ar frequency, fre- nly on g and L , not on ple 14.8.) (14.32) (14.33) T = (14.34) 2 p v

ƒ = 2 p A

L

g ƒ = v 2 p

2 p A g L v = A g L ilibrium. Period T is is the number of uency is times .) v 2 p ƒ v^ =^2 pƒ^ =^ (14.2) 2 p T Fx ax x x n mg y n mg y Fx ax x n mg y O 2 T A T t x 2 A Energy x E 5 K 1 U 2 A O A U K t z u Balance wheel Spring Spring torque t z opposes angular displacement u. L T mg sin u mg mg cos u u dulum is any body

. The angular fre-

itude oscillations are end on the mass m , n to the center of grav- the axis. (See Exam- (14.38) T = 2 p (14.39) A

I

mgd v = B mgd I (^) d z mg sin u mg mg cos u cg O d sin u u

ω =

√ mgd I (13) T = 2 π √ I mgd (14) 2