• JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
 
  Bookmark and Share
 
 
Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2008.tde-05082009-100852
Documento
Autor
Nome completo
Leonardo Casetta
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2008
Orientador
Banca examinadora
Pesce, Celso Pupo (Presidente)
Aranha, José Augusto Penteado
Fonseca, Ijar Milagre da
Ragazzo, Clodoaldo Grotta
Sampaio Filho, Rubens
Título em português
Contribuições à mecânica dos sistemas de massa variável.
Palavras-chave em português
Engenharia mecânica
Mecânica clássica
Resumo em português
Desde 1814, quando então se deram seus primeiros estudos, a mecânica de sistemas de massa variável tem se constituído como um ramo particular dentro da mecânica clássica. Suas aplicações encontram-se espalhadas por diversas áreas do conhecimento e vão desde a engenharia até a medicina, por exemplo. No entanto, apesar dessas aplicações de sucesso, ainda hoje são encontradas na literatura discussões acerca dos fundamentos da mecânica de sistemas de massa variável. Nesse cenário, figuram os chamados aparentes paradoxos que envolvem diferentes equações de movimento para um mesmo sistema de massa variável. É o que pode ser encontrado, por exemplo, com relação ao problema de Wagner, no âmbito do estudo do impacto de corpos sólidos contra superfícies de líquidos, e ao problema da corrente em queda. Nessa tese, questões como essas serão abordadas. Mas o cerne do escopo do presente trabalho é a apresentação de uma discussão de caráter mais geral e interpretativa sobre a teoria e aplicação da mecânica de sistemas de massa variável, mantendo-se como foco principal a contribuição para um melhor entendimento desse importante ramo da mecânica. Para tal, resultados teóricos originais serão apresentados, e discussões e aplicações sobre os mesmos serão feitas. Inicialmente, uma discussão sobre os primeiros trabalhos que fundamentam a dinâmica de uma partícula de massa variável é feita. Nesse contexto, interpretações originais do autor dessa tese são apontadas. Em seguida, a aplicação da equação de Lagrange a sistemas de massa variável é abordada. Nesse cenário, esse autor apresenta a chamada equação de Lagrange para um volume de controle onde a massa varia com as coordenadas e velocidades generalizadas. Esse também é um dos resultados originais dessa tese. Por fim, é apresentada a extensão do princípio variacional para um líquido para um volume de controle, que também é um resultado original desse trabalho. Dois problemas clássicos dentro da teoria de sistemas de massa variável são então tratados, i.e. o problema da corrente em queda e o problema de Wagner. Trata-se de dois problemas aparentemente paradoxais. A resolução desses aparentes paradoxos é abordada, o que também se constitui em um dos resultados originais dessa tese. Uma breve discussão sobre o problema do colapso das torres gêmeas do World Trade Center à luz da mecânica de sistemas de massa variável é também feita.
Título em inglês
Contributions to the mechanics of variable mass systems.
Palavras-chave em inglês
Apparent paradoxes
Collapse of the World Trade Center twin towers
Falling chain problem
Lagrangean approach
Theoretical mechanics
Variable mass systems
Wagners problem
Resumo em inglês
Since 1814, when the first researches on the topic were carried out, variable mass system mechanics has become a particular branch within classical mechanics. Applied problems involving variable mass systems are sparsely distributed over a wide range of different areas of knowledge, and go from engineering to medicine, for example. However, despite these successful applications, even today one can find in the specialized literature discussions on the fundamentals of the variable mass system mechanics. In this scenario, apparent paradoxes, which are based on different equations of motion for a same variable mass system, figure out. In this sense, the Wagners problem, in the context of the study of the impact of solid bodies into liquid surfaces, and the falling chain problem can be cited as didactic examples. In this thesis, topics like this one will be treated. However, the main scope of this work is to present a more general and interpretative discussion on both the theory and application of the mechanics of variable mass systems, but keeping the focus on contributions that enable a better understanding of such an important branch of mechanics. For that, original theoretical results will be presented, as also discussions and applications of them. In the beginning, a discussion on the first fundamental works about the dynamics of a variable mass particle is done. In such a context, original interpretations of this author are pointed out. Then, the application of Lagrange equations on variable mass systems is discussed. In this scenario, this author shows the so-called Lagrange equation for a control volume where mass varies with generalized coordinates and velocities. This is also an original result of this thesis. By the end, an extension of a variational principle to a control volume is shown, also an original result of this work. Two classical problems within the theory of variable mass systems are then treated, i.e. the falling chain problem and the Wagners problems. Both are apparently paradoxical problems. The resolution of such apparent paradoxes is addressed, what is also an original result. Within the present context of the mechanics of variable mass systems, a brief discussion on the problem of the collapse of the World Trade Center twin towers is also done.
 
AVISO - A consulta a este documento fica condicionada na aceitação das seguintes condições de uso:
Este trabalho é somente para uso privado de atividades de pesquisa e ensino. Não é autorizada sua reprodução para quaisquer fins lucrativos. Esta reserva de direitos abrange a todos os dados do documento bem como seu conteúdo. Na utilização ou citação de partes do documento é obrigatório mencionar nome da pessoa autora do trabalho.
ERRATA.pdf (51.27 Kbytes)
TESE.pdf (1.13 Mbytes)
Data de Publicação
2009-08-05
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • CASETTA, Leonardo, and PESCE, C. P. On Seliger and Whitham's variational principle for hydrodynamic systems from the point of view of 'fictitious particles' [doi:10.1007/s00707-010-0442-2]. Acta Mechanica [online], 2011, vol. 219, p. 181-184.
  • CASETTA, Leonardo, and Pesce, Celso P. On the generalized canonical equations of Hamilton for a time-dependent mass particle [doi:10.1007/s00707-012-0730-0]. Acta Mechanica [online], 2012, vol. 223, p. 2723-2726.
  • CASETTA, Leonardo, and Pesce, Celso P. The generalized Hamilton s principle for a non-material volume [doi:10.1007/s00707-012-0807-9]. Acta Mechanica [online], 2013, vol. 224, p. 919-924.
  • CASETTA, Leonardo, and Pesce, Celso P. The inverse problem of Lagrangian mechanics for Meshchersky s equation [doi:10.1007/s00707-013-1004-1]. Acta Mechanica [online], 2013, vol. 225, p. 1607-1623.
  • CASETTA, Leonardo, and PESCE, Celso P.. On Seliger and Whitham’s variational principle for hydrodynamic systems from the point of view of ‘fictitious particles’ [doi:10.1007/s00707-010-0442-2]. Acta Mechanica [online], 2011, vol. 219, n. -1, p. 181-184.
  • CASETTA, Leonardo, and PESCE, Celso P.. On the generalized canonical equations of Hamilton for a time-dependent mass particle [doi:10.1007/s00707-012-0730-0]. Acta Mechanica [online], 2012, vol. 223, n. 12, p. 2723-2726.
  • CASETTA, Leonardo, Pesce, Celso P., and SANTOS, F. M. On the hydrodynamic vertical impact problem: an analytical mechanics approach. Marine Systems & Ocean Technology, 2011, vol. 6, p. 47-57.
  • PESCE, Celso P., CASETTA, Leonardo, and SANTOS, Flávia M. dos. On the Equation of Motion Governing the Dynamics of Vertically Collapsing Buildings [doi:10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000453]. Journal of Engineering Mechanics [online], 2012, p. 363.
  • Pesce, Celso P., SANTOS, FLÁVIA M. DOS, and CASETTA, Leonardo. On the Equation of Motion Governing the Dynamics of Vertically Collapsing Buildings [doi:10.1061/(asce)em.1943-7889.0000453]. Journal of Engineering Mechanics [online], 2012, vol. online, p. 1-23.
  • PESCE, Celso P., TANNURI, Eduardo A., and CASETTA, Leonardo. The Lagrange equations for systems with mass varying explicitly with position : some applications to offshore engineering [doi:10.1590/S1678-58782006000400015]. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering [online], 2006, vol. 28, n. 4, p. 496-504.
  • Pesce, Celso P., Tannuri, Eduardo A., and CASETTA, Leonardo. The Lagrange equations for systems with mass varying explicitly with position: some applications to offshore engineering [doi:10.1590/S1678-58782006000400015]. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering [online], 2006, vol. 28, nº 4, p. 496-504.
  • SANTOS, FLÁVIA M., CASETTA, Leonardo, and Pesce, Celso P. Application of a variational method to the vertical hydrodynamic impact of axisymmetric bodies [doi:10.1016/j.apor.2012.10.002]. Applied Ocean Research [online], 2013, vol. 39, p. 75-82.
  • CASETTA, Leonardo, and PESCE, C. P. The Proper Definition of the Added Mass for the Water Entry Problem. In 21st International Workshop on Water Waves and Floating Bodies, Loughborough, 2006. 21st International Workshop on Water Waves and Floating Bodies., 2006. Abstract. Available from: http://www-staff.lboro.ac.uk/~mait/iwwwfb/index.htm.
  • CASETTA, Leonardo, Franzini, Guilherme R., and Pesce, Celso P. The impact of a fractionally (viscoelastic) damped system onto the water free surface. In The 28th IWWWFB, L'Isle sur la Sorgue, France, 2013. The 28th International Workshop on Water Waves and Floating Bodies. : IWWWFB, 2013. Abstract. Available from: http://www.iwwwfb.org/Workshops/28.htm.
  • Pesce, Celso P., and CASETTA, Leonardo. On a simple model for the dynamics of the vertical collapse of buildings. In DINAME 2011, São Sebastião, SP, 2011. Proceedings of the XIV International Symposium on Dynamic Problems of Mechanics.RJ : ABCM, 2011. Abstract.
  • CASETTA, Leonardo, and PESCE, C. P. A Noticiable Question of the Water Entry Problem: the Split of Kinetic Energy during the Initial Stage. In 18th International Congress of Mechanical Engineering, Ouro Preto, 2005. COBEM 2005 18th International Congress of Mechanical Engineering., 2005.
  • CASETTA, Leonardo, and PESCE, C. P. Hamilton s Principle for Dissipative Systems and Wagner s Problem. In 22nd International Workshop on Water Waves and Floating Bodies, Plitvice, 2007. 22nd International Workshop on Water Waves and Floating Bodies., 2007. Available from: http://www.fsb.hr/iwwwfb22/.
  • PESCE, C. P., and CASETTA, Leonardo. Variable Mass Systems Dynamics in Engineering Mechanics Education. In COBEM2007, Brasília, 2007. 19th International Congress of Mechanical Engineering.RJ : ABCM, 2007.
  • PESCE, C. P., TANNURI, Eduardo Aoun, and CASETTA, Leonardo. The Lagrange Equations for Systems with Mass Varying Explicitly with Position: Applications to Offshore Engineering. In XI DINAME International Symposium on Dynamic Problems of Mechanics, Ouro Preto, MG, 2005. XI DINAME International Symposium on Dynamic Problems of Mechanics.RJ : ABCM, 2005.
  • Pesce, Celso P., and CASETTA, Leonardo. Systems with mass explicitly dependent on position. In Hans Irshik, Alexander K, Belyaev. Dynamics of Mechanical Systems with Variable Mass [online]. Organizador. Springer, 2014{Volume}. chap. 557, p. 51-106.http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-05082009-100852/
Todos os direitos da tese/dissertação são de seus autores
Centro de Informática de São Carlos
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP. Copyright © 2001-2018. Todos os direitos reservados.