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MECÂNICA Prof.ª Débora Bretas https://www.linkedin.com/in/deborabretassilva/ https://www.linkedin.com/in/deborabretassilva/ OBJETIVOS • Discutir o conceito de momento de uma força e apresentar o cálculo em duas e três dimensões; • Fornecer um método para determinação do momento de uma força em relação a um eixo específico; • Definir o momento de um binário; EXEMPLO 1 TEORIA PARA ENTENDIMENTO MOMENTO DE UMA FORÇA Quando uma força é aplicada a um corpo, ela produzirá uma tendência de rotação do corpo em torno de um ponto que não está na linha de ação da força. Essa tendência de rotação algumas vezes é chamada de torque, mas normalmente é denominada momento de uma força, ou simplesmente momento. MOMENTO DE UMA FORÇA A intensidade de um momento é: onde “d” é o braço do momento ou a distância perpendicular do eixo no ponto O até a linha de ação da força. As unidades de intensidade do momento consistem da força vezes a distância, ou seja, N.m. 𝑀𝑜 = 𝐹. 𝑑 MOMENTO DE UMA FORÇA A direção de 𝑴𝒐 é definida pelo seu eixo do momento, que é perpendicular ao plano que contém a força “F” e seu braço do momento “d”. A regra da mão direita é usada para estabelecer o sentido da direção de 𝑴𝒐. De acordo com essa regra a curva natural dos dedos da mão direita, quando eles são dobrados em direção à palma, representa a tendência da rotação causada pelo momento. Quando essa ação é realizada, o polegar da mão direita dará o sentido direcional de 𝑀𝑜. 2D MOMENTO DE UMA FORÇA Para problemas bidimensionais, em que todas as forças estão no plano x-y, o momento resultante (𝑴𝑹)𝑜 em relação ao ponto O (eixo z) pode ser determinado pela adição algébrica dos momentos causados no sistema por todas as forças. Por convenção, geralmente consideramos que os momentos positivos têm sentido anti- horário, uma vez que eles são direcionados ao longo do eixo positivo z (para fora da página). Momentos no sentido horário serão negativos. Desse modo, o sentido direcional de cada momento pode ser representado por um sinal de mais ou de menos. Usando essa convenção de sinais, o momento resultante da Figura é: MOMENTO DE UMA FORÇA x F1 F2 F3 d1d2 d3 M1M2 M3 +(𝑴𝑹)𝑜 = σ𝐹. 𝑑 ; (𝑴𝑹)𝑜 = 𝐹1. 𝑑1 − 𝐹2. 𝑑2 + 𝐹3. 𝑑3 MOMENTO DE UMA FORÇA Determine o momento da força em relação ao ponto O para os casos ilustrados: 10 MOMENTO DE UMA FORÇA Para os problemas bidimensionais podemos usar o principio dos momentos decompondo a força em suas componentes retangulares e, depois, determinar o momento usando uma análise escalar. Logo, Esse método normalmente é mais fácil do que determinar o momento usando 11 PONTOS IMPORTANTES EXEMPLO 2 TEORIA PARA ENTENDIMENTO MOMENTO DE UM BINÁRIO O binário é definido como duas forças paralelas que têm a mesma intensidade, mas direções opostas, e são separadas por uma distância perpendicular d. Como a força resultante é zero, o único efeito de um binário é produzir uma rotação ou tendência de rotação em uma direção específica. Por exemplo, imagine que você está dirigindo um carro com as duas mãos no volante e está fazendo uma curva. Uma mão vai empurrar o volante para cima enquanto a outra mão o empurra para baixo, o que faz o volante girar. MOMENTO DE UM BINÁRIO O momento produzido por um binário é chamado de momento de um binário. Podemos determinar seu valor encontrando a soma dos momentos das duas forças que compõem o binário em relação a qualquer ponto arbitrário. MOMENTO DE UM BINÁRIO Isso indica que o momento de um binário é um vetor livre, ou seja, ele pode agir em qualquer ponto, já que M depende apenas do vetor posição r direcionado entre as forças e não dos vetores posição rA e rB direcionados do ponto arbitrário O até as forças. Esse conceito é diferente do momento de uma força, que requer um ponto (ou eixo) definido em relação ao qual os momentos são determinados. MOMENTO DE UM BINÁRIO – FORMULAÇÃO ESCALAR O momento de um binário M é definido como tendo uma intensidade de: Onde F é a intensidade de UMA das forças e d é a distância perpendicular ou braço do momento entre as forças. A direção e sentido do momento de um binário são determinados pela regra da mão direita, onde o polegar indica essa direção quando os dedos estão curvados no sentido da rotação causada pelas forças do binário. Em todos os casos, M agirá perpendicularmente ao plano que contém essas forças. 18 MOMENTO DE UM BINÁRIO – BINÁRIOS EQUIVALENTES Se dois binários produzem um momento com a mesma intensidade e direção, então esses dois binários são equivalentes. Por exemplo, os dois binários da Figura abaixo são equivalentes porque cada momento de binário possui uma intensidade de: M = 30 N (0,4 m) = 40 N (0,3 m) = 12 N . M; MOMENTO DE UM BINÁRIO – BINÁRIOS EQUIVALENTES Observe que, no segundo caso, forças maiores são necessárias para criar o mesmo efeito de rotação. Além disso, se a roda estivesse conectada ao eixo em um ponto que não o seu centro, a roda ainda giraria quando cada binário fosse aplicado, já que o binário de 12 N. m é um vetor livre. PONTOS IMPORTANTES BIBLIOGRAFIA HIBBELER, R. C. Estática: mecânica para engenharia. 12. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011. xiv, 512 p. ISBN 978-85-7605-815-1.