Problema 1 Considere um veleiro, semelhante ao do problema 4 da unidade anterior, sujeito a um carregamento devido ao vento de f.

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Transcript Problema 1 Considere um veleiro, semelhante ao do problema 4 da unidade anterior, sujeito a um carregamento devido ao vento de f.

Problema 1

Considere um veleiro, semelhante ao do problema 4 da unidade anterior, sujeito a um carregamento devido ao vento de distribuído ao longo do mastro de comprimento

f = L

50 N/m, uniformemente = 10 m.

f z = 10 z = 0

O carregamento causa uma deflexão no mastro, e a seguinte equação diferencial, baseada nas leis da mecânica, pode ser usada para caracterizar esta deflexão:

d

2

y dz

2 

f

2

EI

(

L

z

) 2 onde:

I E

é o módulo de elasticidade da madeira é o momento de inércia do mastro.

z y

Sabendo que

E

= 1.5

x 10 8 N/m 2 e

I

= 0.06 m 4 , calcule a deflexão da extremidade superior do mastro

z

=

L

, usando as seguintes condições iniciais:  

z z

0

 

0

y

0

dy

0

dz

Problema 2

Considere um pendulo simples como mostrado abaixo.

q

A seguinte equação diferencial descreve seu movimento:

d

2 q

dt

2 

g

sen

q 

0

Sabendo que ℓ = 30cm e g = 9.81 m/s 2 , calcule a velocidade que o pêndulo assumirá quando q = 0º utilizando a seguinte condição inicial:

t

 0  q   3

Problema 3

Um reator de volume

V

é alimentado por uma vazão

Q

com uma concentração de entrada

C in

. Uma hélice faz a mistura da solução de maneira que todo volume do reator se torne homogêneo.

Q C in Q c

A seguinte equação diferencial descreve a taxa de variação da concentração da solução dentro do reator no tempo:

V dc dt

QC in

Qc

Sabe-se que em

t

= 0 a concentração no reator é

c 0

a concentração no tempo

t

= 10

min

.

= 10

mg/m 3

. Calcule Dados:

Q = 5 m 3 /min C in = 50 mg/m V = 100 m 3 3 V dc

QC in

Qc dt

5 m 3 /min 50 mg/m 3 5 m 3 /min c

Problema 4

Um projétil é lançado verticalmente para o alto contra a resistência do ar.

Sabe-se que a força de resistência é proporcional ao quadrado da velocidade. Aplicando a segunda Lei de Newton escrevemos a seguinte equação do movimento:

dv dt

 

g

c M v

2 Determine o tempo necessário para que o projétil alcance sua altura máxima sabendo que:

c

 2

m

 1

M g

 10

m

/

s

2

v

( 0 )  15

m

/

s

Problema 5

Numa reação química, uma molécula do reagente molécula do reagente

B A

combina-se com uma para formar uma molécula do produto

C

. Sabe-se que a concentração

y

(

t

) do produto

C,

no tempo, é solução do seguinte (p.v.i.):  

dy dt y

(  0 )

k

 (

a

0 

y

)(

b

y

) Onde

k

é a constante de reação,

a

e

b

são, respectivamente, a concentração inicial do reagente

A

e

B

. Considerando que:

k

= 0.01

a b

= 70

milimoles/litro

= 50

milimoles/litro

Determine a concentração do produto

C

no intervalo [0, 20].

Problema 6

Considere o conjunto massa – amortecedor dado abaixo.

M F(t) b

A equação diferencial que descreve o sistema é:

M dv

(

t

) 

bv

(

t

)

dt

F

(

t

) Assuma que:

t i

ih

,

i

0 , 1 ,..., 5

h v

( 0 )

0

b

3

Kg

/

s M

 

0 .

4 ; 1

Kg F

(

t

)

1

N

a) Calcule

v

(2) pelo método de Euler b) Calcule

v

(2) pelo método de Taylor de ordem 2 c) Sabendo que a solução exata é dada por:

v

(

t

) 

e

 3

t

9 

t

3  1 9 compare os resultados obtidos nos item

a

) e

b

) com a solução exata.

1 kg 1 N

M dv

(

t

) 

bv

(

t

)

dt

F

(

t

)

3 kg/s

Problema 7

A corrente

i

(

t

) num circuito resistor – indutor (RL) de fonte alternada pode ser expressa pela seguinte equação:

L di dt

Ri

Vsen

(

wt

) onde

L

é a indutância,

R

é a resistência e

w

é a freqüência da fonte.

R L V i

Sabendo que

V

= 50

Volts

,

L

= 1

Henry

,

w

= 300

Hz

e

R

= 50

Ohms

resolva o (p.v.i.) por um método de Runge – Kutta considerando , que

i

(0) = 0.

50

W

1 H 50 V i

Problema 8

A carga

q

(

t

) armazenada no capacitor de um circuito resistor - indutor capacitor (RLC) de fonte alternada pode ser expressa pela seguinte equação: 2

L d dt

2

q

R dq dt

 1

C q

Vsen

(

wt

) onde

L

é a indutância, freqüência da fonte.

R

é a resistência,

C

a capacitância e

w

é a

R L V C i

Sabendo que

V

= 50

Volts

,

L

= 1

Henry

,

w

= 300

Hz

,

R

= 50

Ohms

e

C

= 0.25 Faraday. Resolva o (p.v.i.) por um método de Runge – Kutta considerando que

q

(0) = 0 e

i

(0) = 0.

50

W

1 H 50 V

0.25 F

i