Todo sistema mecânico – uma mola que sustenta uma massa, uma viga aparafusada a uma parede, o tabuleiro de uma ponte, uma corda de violão – tem uma ou mais frequências naturais nas quais prefere vibrar quando perturbado. Saber que a frequência é importante porque conduzir um sistema próximo a ela causa ressonância, o que pode amplificar a vibração a níveis prejudiciais. Esta calculadora encontra a frequência natural para dois casos comuns (um sistema mola-massa e uma viga cantilever) e converte livremente entre frequência, frequência angular e período.

Como funciona a calculadora de frequência natural

Para um sistema massa-mola simples, a frequência natural vem diretamente da segunda lei de Newton aplicada ao movimento harmônico simples: f = (1/2π)√(k/m). Uma mola mais rígida (k mais alto) aumenta a frequência; uma massa mais pesada (maior m) abaixa. Para uma estrutura contínua como uma viga cantilever, a mesma ideia se aplica, mas a própria rigidez e massa distribuída da viga substituem a mola discreta e a massa pontual. A fórmula do primeiro modo, f₁ = (λ₁²/2πL²)√(EI/μ), vem da resolução da equação da viga de Euler-Bernoulli com condições de contorno cantilever (fixo-livre); λ₁ ≈ 1,875104 é a primeira raiz desse problema de valor limite, uma constante amplamente tabulada em referências de engenharia de vibração.

Entradas e o que elas significam

A rigidez da mola (k) é inserida em newtons por metro e a massa (m) em quilogramas. Para a viga cantilever, o módulo de Young (E) é inserido em gigapascais (uma propriedade do material - cerca de 200 GPa para aço estrutural), momento de inércia (I) em milímetros quárticos (uma propriedade de forma de seção transversal), massa por unidade de comprimento (μ) em quilogramas por metro e comprimento (L) em metros. Na guia Período, insira qualquer quantidade que você já conheça – frequência em hertz, período em segundos ou frequência angular em radianos por segundo – e a calculadora preenche as outras duas usando f = 1/T e ω = 2πf.

Limites e casos extremos

Ambas as fórmulas não pressupõem amortecimento - sistemas reais perdem alguma energia devido ao atrito e ao amortecimento do material, o que reduz ligeiramente a frequência observada e faz com que as oscilações diminuam com o tempo; esta calculadora não modela esse decaimento. A fórmula cantilever retorna apenas o primeiro modo de vibração (mais baixo); um feixe real tem infinitos modos mais elevados em frequências mais altas, cada um exigindo um autovalor diferente no lugar de λ₁. A fórmula da viga também assume uma seção transversal uniforme ao longo de todo o comprimento e pequenas deflexões dentro da faixa elástica — ela deve ser tratada como uma estimativa para vigas cônicas, mistas ou fortemente carregadas, e não como um substituto para uma análise modal completa.