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MECÂNICA DOS SÓLIDOS- ESTÁTICA Eliane Pereira de Morais Engenharia Química RA:7382458 Livro: Estática de RC Hibbeller 12ª Edição (biblioteca virtual) Problemas: 2.1, 2.5, 2.31, 2.50, 2.86, 2.94, 2.110, 2.123, 3.5, 3.6, 3.7, 3.21, 3.35, 3.42, 4.10, 4.23, 4.26, 4.35, 4.43, 4.47, 4.59, 4.63, 4.67, 4.74, 4.86, 4.99, 4.110, 4.111, 4.114, 4.115. Problemas 2.1. Determine a intensidade da força resultante que atua sobre a argola e sua, medida no sentido horário a partir do eixo x. F1= 6kN F2= 2Kn 𝐹1𝑥 = 6 . cos 60° = −3𝑘𝑁 𝐹2𝑥 = 2 . 𝐶𝑂𝑆 45° = √2𝑘𝑁 𝐹𝑥 = −3 + √2 = −1,59𝑘𝑁 𝐹1𝑦 = 6 . sen 60° = −3√3𝑘𝑁 𝐹2𝑦 = 2 . 𝑠𝑒𝑛 45° = −√2𝑘𝑁 𝐹𝑦 = −3√3 − √2 = −6,60𝑘𝑁 𝑡𝑔(𝜃) = | 𝐹𝑦 𝐹𝑥 | F1x F2x 60° 45° F2y F1y F1 y F2 y y x FX Fy F θ β 𝑡𝑔(𝜃) = 6,60 1,59 𝑡𝑔(𝜃) = 4,151 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(4,151) = 76,46° 𝜃 + 𝛽 = 180º 𝛽 = 180 − 74,34 = 103,5° 𝐹 = √𝐹2𝑥 + 𝐹2𝑦 𝐹 = √(−1,59)2 + (−6,60)2 𝐹 = 6,79𝑘𝑁 2.5. A força F = 900 N atua sobre a estrutura. Decomponha essa força nas componentes que atuam ao longo dos membros AB e AC, e determine a intensidade de cada componente. 𝐹𝐴𝐵 𝑠𝑒𝑛(𝛽) = 900 𝑠𝑒𝑛(𝛼) 𝛼 = 30° 90° = 45° + 𝜃 = 45° 180° = 𝛼 + 𝜃 + 𝛽 = 105° 𝐹𝐴𝐵 𝑠𝑒𝑛(105°) = 900 𝑠𝑒𝑛(30°) = 𝐹𝐴𝐵 = 1738,7 𝑁 𝐹𝐴𝐵 𝑠𝑒𝑛(105°) = 900 𝑠𝑒𝑛(30°) = 𝐹𝐴𝐶 = 1272,8 𝑁 . FAC 45° 45° β α β θ β FAB 900 N 2.31. Três cabos puxam um tubo de tal modo que geram uma força resultante com intensidade de 1800 N. S e dois dos cabos estiverem submetidos a forças conhecidas, como mostra a figura, determine o ângulo θ do terceiro cabo, de modo que a intensidade da força F neste cabo seja mínima. Todas as forças estão localizadas no plano x-y. Qual é a intensidade de F? Dica: Determine primeiro a resultante das duas forças conhecidas. 𝐹1 = 200 𝑒 𝐹2 = 800 𝐹𝑅1 = 𝐹1 + 𝐹2 180° = 45° + 𝛼 + 30° = 105° 𝐹𝑅 = √12002 + 8002 − 2 . 1200 . 800 . 𝑐𝑜𝑠105° 𝐹𝑅 = 1605,28 𝑁 y x 800 N 30° 45° 1200 N 𝐹𝑅1 𝐹𝑅1 30° 45° 45° α 𝑥′ 𝑥 y 1200 N 800 N 𝐹𝑅1 θ α 𝐹𝑅1 y 𝑥 𝜃 30° 1200 N 800 N 𝐹𝑅1 1200 N 800 N ∅ 105° 𝐹𝑅1 = 𝑠𝑖𝑛∅ 1200 𝑠𝑖𝑛∅ 1200 = sin 105° 1605,28 = 46,22° ∅ = 𝑠𝑖𝑛−1 [1200 . 𝑠𝑖𝑛105° 1605,28 ] = 46,22° ∅ = 𝜃 + 30° 𝜃 = 46,22° − 30° = 16,2° 𝐹𝑅 = 𝐹𝑅1 + 𝐹 1800 = 1605,28 + 𝐹 𝐹 = 194,72 𝑁 2.50. As três forças aplicadas no suporte. Determine a faixa de valores para a intensidade da força P, de modo que a resultante das três forças não exceda 2400 N. 𝐹𝑅𝑥 = 𝑃 + 800 . 𝑐𝑜𝑠60° − 3000 . 𝑐𝑜𝑠30° = 𝑃 − 2198,08 𝐹𝑅𝑦 = 800 . 𝑠𝑖𝑛60° + 3000 . 𝑠𝑖𝑛30° = 2192,82 𝐹𝑅 = √𝐹2𝑅𝑥 + 𝐹2𝑅𝑦 = √(𝑃 − 2198,08)2 + 2192,822 O valor máximo de 𝐹𝑅 é 2400𝑁 𝐹𝑅 ≤ 2400 √(𝑃 − 2198,08)2 + 2192,822 ≤ 2400 (𝑃 − 2198,08)2 + 2192,822 ≤ 24002 (𝑃 − 2198,08)2 ≤ 24002 − 2192,822 |(𝑃 − 2198,08)| ≤ √951540,44 −975,47 ≤ (𝑃 − 2198,08) ≤ 975,47 1222,6 ≤ 𝑃 ≤ 3173,5 2.86. Determine o vetor posição r direcionado do ponto A ao ponto B e o comprimento da corda AB. Considere z= 4 m. 𝐴(3,0,2)𝑚 𝐵(0,6,4)𝑚 → 𝑟 = (𝑥𝐵 − 𝑥𝐴)𝑖 + (𝑦𝐵 + 𝑦𝐴)𝑗 + (𝑧𝐵 − 𝑧𝐴)𝑘 → 𝑟 = {−3𝑖 + 6𝑗 + 2𝑘}𝑚 | → 𝑟 | = √(−3)2 + (6)2 + (2)2 | → 𝑟 | = 7𝑚 2.94. O lustre é sustentado por três correntes que são concorrentes no ponto O. S e a força resultante em O possui uma intensidade de 650 N e é direcionada ao longo do eixo z positivo, determine a força em cada corrente. 𝐹𝑅𝑥 = 𝐹𝑅𝑦 = 0 𝐹𝑅𝑧 = 650𝑁 𝐹𝑅𝑧 = 𝐹𝐴𝑧 + 𝐹𝐵𝑧 + 𝐹𝐶𝑧 = 650 𝐹𝑧 = 𝐹𝑐𝑜𝑠𝜃 𝐹𝑅𝑧 = 𝐹𝐴𝑧 + 𝐹𝐵𝑧 + 𝐹𝐶𝑧 = 650 𝐹𝑅𝑧 = (𝐹𝑐𝑜𝑠𝜃) + (𝐹𝑐𝑜𝑠𝜃) + (𝐹𝑐𝑜𝑠𝜃) = 650 3𝐹𝑐𝑜𝑠𝜃 = 650 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 1,8 √1,82 + 1,22 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 0,832 𝐹 = 650 3(0,832) 𝐹 = 260,4𝑁 𝜃 1,8m z y 1,2m F 2.110. O cabo conectado aos mastros de uma grua exerce uma força sobre a grua de F= 1,75 kN. Expresse essa força como um vetor cartesiano. 𝑥𝐵 = 15𝑠𝑖𝑛30° 𝑥𝐵 = 7,5 𝑚 𝑦𝐵 = 15𝑠𝑐𝑜𝑠30° 𝑦𝐵 = 13 𝑚 𝑧𝐵 = 0 𝑚 𝐴(0,10,5) 𝑚 𝐵(7,5, 13, 0) 𝑚 𝑟 = (𝑥𝑓 − 𝑥𝑖)𝑖 + (𝑦𝑓 − 𝑦𝑖) + (𝑧𝑓 − 𝑧𝑖)𝑘 𝑟𝐴𝐵 = {(7,5 − 0)𝑖 + (13 − 0)𝑗 + (0 − 10,5)𝑘} 𝑟𝐴𝐵 = {7,5𝑖 + 13𝑗 − 10,5𝑘}𝑚 |𝑟𝐴𝐵| = √(7,5)2 + (13) 2 + (−10,5)2 |𝑟𝐴𝐵| = 18 𝑚 𝑢 = 𝑟 |𝑟| 𝑢𝐴𝐵 = (7,5𝑖 + 13𝑗 − 10,5𝑘) 18 𝐹 = |𝐹|𝑢 𝐹 = |𝐹|𝑢𝐴𝐵 = 1,75𝑘𝑁 ( (7,5𝑖 + 13𝑗 − 10,5𝑘 18 ) 𝐹 = {0,72𝑖 + 1,26𝑗 − 1,02}𝑘𝑁 2.123. Determine as intensidades das componentes da força F= 400 N que atuam na paralela e na perpendicular ao segmento BC do encanamento. 𝐹 = 400(−𝑐𝑜𝑠45° 𝑠𝑒𝑛30°𝑖 + 𝑐𝑜𝑠45°𝑐𝑜𝑠30°𝑗 + 𝑠𝑒𝑛45°𝑘 𝐹 = {−141,42𝑖 + 244,95𝑗 + 282,84𝑘}𝑁 𝐹𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑎 = 𝐹. 𝑢𝐵𝐶 = (−141,42𝑖 + 244,95𝑗 + 282,84𝑘). (𝑗) 𝐹𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑎 = (−141,42)(0) + (244,95)(1) + (282,84). (0) 𝐹𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑎 = 244,95𝑁 𝐹𝑝𝑒𝑟𝑝 = √𝐹2 − 𝐹2𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙 = √(400)2 − (244,95)2 𝐹𝑝𝑒𝑟𝑝 = 316,23 𝑁 B A C F O 3.5. Se a massa do cilindro C é 40 kg, determine a massa do cilindro A, de modo a manter a montagem na posição mostrada. 𝑇 = 𝑃𝑎 ∑𝐹𝑦 = 0 𝑃𝑐 𝑠𝑒𝑛𝛼 − 𝑃𝑎 = 0 𝑚𝑏𝑔 𝑠𝑒𝑛𝛼 − 𝑚𝑎𝑔 = 0 𝑚𝑐𝑠𝑒𝑛𝛼 − 𝑚𝑎 = 0 𝑚𝑐𝑠𝑒𝑛𝛼 = 𝑚𝑎 Substituindo: 𝑚𝑎 = 40 . 𝑠𝑖𝑛30 𝑚𝑎 = 40 . 1 2 𝑚𝑎 = 20 𝑘𝑔 3.6. Determine atração nos cabos AB, BC e CD necessária para suportar o semáforo de 10 kg e 15 kg em B e C, respectivamente. Além disso determine o ângulo θ. 𝐹𝐷 𝑇 𝑃𝑎 𝑇 𝑃𝑐 30° ∑𝑭𝒚 = 𝟎 𝑇𝑎 𝑠𝑒𝑛𝛼 − 𝑃𝑏 = 0 𝑇𝑎 𝑠𝑒𝑛𝛼 − 𝑚𝑎𝑔 = 0 𝑇𝑎 𝑠𝑒𝑛𝛼 = 𝑚𝑎𝑔 𝑇𝑎 = 𝑚𝑎𝑔 𝑠𝑒𝑛𝛼 Substituindo: 𝑇𝑎 = (10)(9,81) 𝑠𝑒𝑛15 𝑇𝑎 = 379 𝑁 ∑𝑭𝒙 = 𝟎 𝑇 − 𝑇𝑎 𝑐𝑜𝑠 𝛼 = 0 𝑇 = 𝑇𝑎 𝑐𝑜𝑠 𝛼 Substituindo: 𝑇 = (379) 𝑐𝑜𝑠 15 𝑇 = 366 𝑁 ∑𝑭𝒙 = 𝟎 𝑇𝑑 𝑐𝑜𝑠 𝜃 − 𝑇 = 0 𝑇𝑑 𝑐𝑜𝑠 𝜃 = 𝑇 𝑇𝑑 𝑐𝑜𝑠 𝜃 = 366 𝑇𝑑 = 366 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑇𝑎 y X 𝑃𝑏 𝛼 = 15° 𝑇 y X 𝑇 𝑇𝑑 𝑃𝑐 𝜃 ∑𝑭𝒚 = 𝟎 𝑇𝑑 𝑠𝑒𝑛 𝜃 − 𝑃𝑐 = 0 𝑇𝑑 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = 𝑃𝑐 𝑇𝑑 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = 𝑚𝑐𝑔 𝑇𝑑 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = (15)(9,81) 𝑇𝑑 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = 147 ( 366 𝑐𝑜𝑠𝜃 ) 𝑠𝑒𝑛𝜃 = 147 𝑡𝑔𝜃 = 147 366 𝑡𝑔𝜃 = 0,402 𝜃 = 21,9° 𝑇𝑑 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = 147 𝑇𝑑 𝑠𝑒𝑛 21,9° = 147 𝑇𝑑 (0,373) = 147 𝑇𝑑 = 147 0,373 𝑇𝑑 = 394 𝑁 3.7. O pendente de reboque AB está submetido à força de 50 kN exercida por um rebocador. Determine a força em cada um dos cabos de amarração, BC e DB, se o navio está se movendo para frente em velocidade constante. ∑𝑭𝒙 = 𝟎 𝑇𝐵𝐶 𝑠𝑒𝑛 30° − 𝑇𝐵𝐷 𝑠𝑒𝑛 20° = 0 𝑇𝐵𝐶 𝑠𝑒𝑛 30° − 𝑇𝐵𝐷 𝑠𝑒𝑛 20° 𝑇𝐵𝐶 = 𝑇𝐵𝐷 𝑠𝑒𝑛 20° 𝑠𝑒𝑛 30° 𝑇𝐵𝐶 = (32,6)𝑠𝑒𝑛 20° 𝑠𝑒𝑛 30° 𝑇𝐵𝐶 = 22,3𝑘𝑁 20° 30° 𝑇𝐵𝐷 𝑇𝐵𝐶 𝑇𝐴𝐵 = 50kN y x ∑𝑭𝒚 = 𝟎 𝑇𝐵𝐶 𝑐𝑜𝑠 30° + 𝑇𝐵𝐷 𝑐𝑜𝑠 20° − 𝑇𝐴𝐵 = 0 𝑇𝐵𝐶 𝑐𝑜𝑠 30° + 𝑇𝐵𝐷 𝑐𝑜𝑠 20° − 50 = 0 ( 𝑇𝐵𝐷 𝑠𝑒𝑛 20° 𝑠𝑒𝑛 30° ) cos 30° +𝑇𝐵𝐷 cos 20° − 50 = 0 ( 𝑇𝐵𝐷 𝑠𝑒𝑛 20° 𝑡𝑔 30° ) + 𝑇𝐵𝐷 𝑐𝑜𝑠 20° − 50 = 0 𝑇𝐵𝐷 = ( 𝑠𝑒𝑛 20° 𝑡𝑔 30° + cos 20°) = 50 𝑇𝐵𝐷 = 50 ( 𝑠𝑒𝑛 20° 𝑡𝑔 30° + cos 20° ) 𝑇𝐵𝐷 = 32,6𝑘𝑁 3.21. Se a tração desenvolvida em cada um dos quatro fios não pode exercer 600 N, determine a maior massa do candelabro que pode ser suportada. 𝐹𝑅𝑥 = 0 𝐹𝑅𝑦 = 0 𝐹𝑅𝑥 = 𝐹𝐶𝐷 . 𝐶𝑂𝑆30° − 𝐹𝐵𝐷 . 𝐶𝑂𝑆45° = 0 𝐹𝑅𝑦 = 𝐹𝐶𝐷 . 𝑠𝑒𝑛30° + 𝐹𝐵𝐷 . 𝑠𝑒𝑛 45° − 𝑚 . 𝑔 = 0 𝐹𝐶𝐷 . 𝑐𝑜𝑠30° − 𝐹𝐵𝐷 . 𝑐𝑜𝑠45° + 𝐹𝐶𝐷 . 𝑠𝑒𝑛30° + 𝐹𝐵𝐷 . 𝑠𝑒𝑛45° − 50 . 𝑔 = 0 𝐹𝐶𝐷 . 𝑐𝑜𝑠30° − 𝐹𝐶𝐷 . 𝑠𝑒𝑛30° − 𝐹𝐵𝐷 . 𝑐𝑜𝑠 45° + 𝐹𝐵𝐷 . 𝑠𝑒𝑛 45° − 50 . 𝑔 = 0 𝐹𝐶𝐷 . 𝑐𝑜𝑠30° + 𝐹𝐶𝐷 . 𝑠𝑒𝑛30° = 𝑚 . 𝑔 𝐹𝐶𝐷 . (𝑐𝑜𝑠30° + 𝑠𝑒𝑛30°) = 𝑚 . 𝑔 Considerando: 𝑔 = 9,81 𝑚/𝑠2 𝐹𝐶𝐷 = 𝑚 . 𝑔 (𝑐𝑜𝑠30° + 𝑠𝑒𝑛 30°) = 7,1814 . 𝑚 Y X 𝐹𝐵𝐷 Y 𝐹𝐷𝐶 Y D P 45° 30° 𝐹𝐶𝐷 . 𝑐𝑜𝑠30° − 𝐹𝐵𝐷 . 𝑐𝑜𝑠45° = 0 𝐹𝐵𝐷 = 𝐹𝐶𝐷 . 𝑐𝑜𝑠30° 𝑐𝑜𝑠45° = 7,1814 .𝑚 . 𝑐𝑜𝑠30° 𝑐𝑜𝑠45° = 8,7954 .𝑚 𝐹𝑅𝑦 = 𝐹𝐴𝐵 . 𝑠𝑒𝑛30° − 𝐹𝐵𝐷 . 𝑠𝑒𝑛45° = 0 𝐹𝐴𝐵 . 𝑠𝑒𝑛30° = 𝐹𝐵𝐷 . 𝑠𝑒𝑛45° 𝐹𝐴𝐵 = 𝐹𝐵𝐷 . 𝑠𝑒𝑛45° 𝑠𝑒𝑛30° = 8,7954 .𝑚 . 𝑠𝑒𝑛45° 𝑠𝑒𝑛30° = 12,4386 .𝑚 𝐹𝑅𝑥 = 𝐹𝐵𝐶 . 𝑐𝑜𝑠45° + 𝐹𝐵𝐷 . 𝑐𝑜𝑠45° − 𝐹𝐴𝐵 . 𝑐𝑜𝑠30° = 0 𝐹𝐵𝐶 . 𝑐𝑜𝑠45° = 𝐹𝐴𝐵 . 𝑐𝑜𝑠30° − 𝐹𝐵𝐷 . 𝑐𝑜𝑠45° 𝐹𝐵𝐶 = 𝐹𝐴𝐵 . 𝑐𝑜𝑠30° − 𝐹𝐵𝐷 . 𝑐𝑜𝑠45° cos 45° = 12,4386 .𝑚 . 𝑐𝑜𝑠30° − 8,7954 .𝑚 . 𝑐𝑜𝑠45° 𝑐𝑜𝑠45° 𝐹𝐵𝐶 = 4,5528 .𝑚 𝐹𝐴𝐵 = 600 = 12,4386 .𝑚 𝑚 = 600 12,4386 = 48,2𝑘𝑔 3.35. O quadro tem um peso de 50 N e deve ser suspenso pelo pino liso B. se um cordão for amarrado ao quadro nos pontos A e C, a força máxima que o cordão pode suportar é 75 N, determine o cordão mais curto que pode ser usado com segurança. ∑𝐹𝑥 = 0 𝑇𝐶 . 𝑐𝑜𝑠𝜃 − 𝑇𝐴 . 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 0 𝑇𝐶 = 𝑇𝐴 . 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑇𝐶 = 𝑇𝐴 ∑𝐹𝑦 = 0 −𝑇𝐴 . 𝑠𝑒𝑛𝜃 − 𝑇𝐶 . 𝑠𝑒𝑛𝜃 − 50 = 0 −𝑇𝐴 . 𝑠𝑒𝑛𝜃 − 𝑇𝐴 . 𝑠𝑒𝑛𝜃 − 50 = 0 −2.−𝑇𝐴 . 𝑠𝑒𝑛𝜃 − 50 = 0 𝜃 = 𝑠𝑒𝑛−1 ( 50 2𝑇𝐴 ) 𝜃 = 𝑠𝑒𝑛−1 ( 50 2 . 75 ) 𝜃 = 19,47° 𝑐𝑜𝑠19,47° = 225 𝑙 2 𝑙 = ( 225 𝑐𝑜𝑠19,47 ) . 2 𝑙 = 477,29𝑚𝑚 3.42. Determine a massa de cada um dos dois cilindros se eles causam um deslocamento s = 0,5 m quando suspensos pelos anéis em A e B. Observe que s= 0 quando os cilindros são removidos. Usando Pitágoras para os seguintes triângulos 𝑇𝐴𝐶 = 100(2,828 − 2,5) = 32,84 𝑁 𝐹𝑅𝑦 = 0 𝐹𝑅𝑦 = 32,84 . 𝑠𝑒𝑛 45° − 𝑚 . 9,81 = 0 𝑚 = 2,37 𝑘𝑔 1,5 C 2 C 2 2 4.10. O cubo da roda pode ser conectado ao eixo com deslocamento negativo (esquerda) ou com deslocamento positivo (direita). Se o pneu está sujeito às cargas normal e radial conforme mostrado, determine o momento resultante dessas cargas em relação ao ponto 0 no eixo para os 2 casos. Para o componente horizontal da força, a distância até o braço do momento para ambos os casos será de: 𝑦1,2 = 0,4𝑚 Componente vertical da força será: 𝑥1,2 = 0,5𝑚 𝑀1 = −4000(0,05) + 800(0,4) 𝑀1 = 120 𝑁 .𝑚 (𝑛𝑜 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑖 − ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜 𝑀2 = 4000(0,05) + 800(0,4) 𝑀2 = 520 𝑁 . 𝑚(𝑜 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑖 − ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜) 4.23. Determine o momento mínimo produzido pela força F em relação ao ponto A. Especifique o ângulo θ=(0°≤ θ ≤180°). ∅ = 𝑡𝑔−1 ( 2 3 ) = ∅ = 33,69° 𝜃 = 180° − ∅ − 33,69° 𝜃 = 146,31° 𝑀𝐴 = 0 4.26. A região do pé está sujeita à contração dos dois músculos plantarflexor. Determine o momento de cada força em relação ao ponto de contato A no chão. 3m 2m F=400N 𝜃 ∅ 100 mm 60° 70° 30° 𝐹1 𝐹2 87,5 mm 25 mm A 𝐹1𝑥 = 𝐹1 𝑠𝑒𝑛𝜃1 𝐹1𝑦 = 𝐹1 𝑐𝑜𝑠𝜃1 𝐹2𝑥 = 𝐹2 𝑐𝑜𝑠𝜃2 𝐹2𝑦 = 𝐹2 𝑠𝑒𝑛𝜃2 𝑀 = 𝐹𝑑 𝑀𝐴1 = 𝐹1𝑦 (0,1125 𝑚) + 𝐹1𝑥 (0,1𝑚) 𝑀𝐴1 = 𝐹1𝑐𝑜𝑠30° (0,1125 𝑚) + 𝐹1 𝑠𝑒𝑛 30° (0,1𝑚) 𝑀𝐴1 = 100 𝑐𝑜𝑠30° (0,1125 𝑚) + 100 𝑠𝑒𝑛 30° (0,1𝑚) 𝑀𝐴1 = 14,74 𝑁 . 𝑚 (ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜) 𝑀𝐴2 = 𝐹2𝑥(0,1𝑚) + 𝐹2𝑦(0,0875𝑚) 𝑀𝐴2 = 𝐹2 𝑐𝑜𝑠 70°(0,1𝑚) + 150 𝑠𝑒𝑛 70° (0,0875𝑚) 𝑀𝐴2 = 150 cos 70° (0,1𝑚) + 150 𝑠𝑒𝑛 70°(0,0875 𝑚) 𝑀𝐴2 = 17,46 𝑁.𝑚 (ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜) 4.35. O carrinho de mão e seu conteúdo possuem uma massa de 50 kg e um centro de massa em G. Se o momento resultante produzido pela força F e o peso em relação ao ponto A deve ser igual a zero, determine a intensidade necessária da força F. 𝐹𝑥 = 𝐹 . 𝑐𝑜𝑠 30° 𝐹𝑦 = 𝐹 . 𝑠𝑒𝑛 30° ‘ 𝑀𝑂𝑝 = 𝐹𝑝 . 𝑦𝐺 = −490,5 𝑁 . 0,3𝑚 = −147,15 𝑁.𝑚 𝑀𝑂𝑇 = 𝑀𝑂𝑥+𝑀𝑂𝑦+𝑀𝑂𝑝 𝑀𝑂𝑇 = 𝐹 . 0,999 + 𝐹. 0,75 − 147,15 𝑁.𝑚 𝐹 . 0,999 + 𝐹 . 0,75 − 147,15 𝑁 .𝑚 = 0 𝐹 (0,999 + 0,75) = 147,15 𝐹 = 147,15 1,749 = 84,13𝑁 𝐹𝑝 = 𝑀.𝑔 = 50𝑘𝑔 . 9,81 𝑚 𝑠2 = 490,5 𝑁 𝑀𝑂𝑥 = 𝐹𝑥 . 𝑦 = 𝐹 . cos 30° . (0,5 + 0,65) = 𝐹 . cos 30° . 1,15 = 𝐹 . 0,999 𝑀𝑂𝑦 = 𝐹𝑦 . 𝑥 = 𝐹 . sen 30° . 1,15 = 𝐹 . 0,75 4.43. Determine o momento produzido por cada força em relação ao ponto O localizado na broca da furadeira. Expresse o resultado como um vetor cartesiano. 𝐴 = {150 . 10−3, 300 . 10−3, 0} 𝑂 = {0,0,0} 𝑟𝐴 = {(𝑥𝑓 − 𝑥𝑖)𝑖 + (𝑦𝑓 − 𝑦𝑖)𝑗 + (𝑧𝑓 − 𝑧𝑖)𝑘} 𝑟𝐴 = {(0,15 − 0)𝑖 + (0,3 − 0)𝑗 + (0 − 0)𝑘}𝑚 𝑟𝐴 = {0,15𝑖 + 0,3𝑗 + 0𝑘}𝑚 𝑟𝐵 = {0,600 . 10 −3, −150 . 10−3} 𝑟𝐵 = {(𝑥𝑓 − 𝑥𝑖)𝑖 + (𝑦𝑓 − 𝑦𝑖)𝑗 + (𝑧𝑓 − 𝑧𝑖)𝑘} 𝑟𝐴 = {(0 − 0)𝑖 + (0,6 − 0)𝑗 + (0,15 − 0)𝑘}𝑚 𝑟𝐴 = {0𝑖 + 0,6𝑗 − 0,15𝑘}𝑚 𝑀𝐴⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = 𝑟𝐴⃗⃗ ⃗ . 𝐹𝐴⃗⃗⃗⃗ 𝑀𝐴⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = | 𝑖 𝑗 𝑘 0,15 0,3 0 −400 −100 −60 | 𝑀𝐴⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = {−18𝑖 + 9𝑗 − 3𝑘}𝑁.𝑚 𝑀𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = 𝑟𝐵⃗⃗ ⃗ . 𝐹𝐵⃗⃗⃗⃗ 𝑀𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = | 𝑖 𝑗 𝑘 0 0,6 −0,15 −50 −120 60 | 𝑀𝐵⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = {18𝑖 + 7,5𝑗 + 30𝑘}𝑁.𝑚 4.47. A força F= {6i + 8j + 2k} N. m. Se a força passa por um ponto tendo uma coordenada x de 1 m, determine as coordenadas y e z do ponto. Além disso, observando que Mo = {-14i + 8j + 2k} N. m. Se a força passa por um ponto tendo uma coordenada x de 1 m, determine as coordenadas y e z do ponto. Além disso, observando que Mo =Fd, determine a distância d do ponto o à linha de ação de F. 𝑀𝐴 = 𝑟𝑎 . 𝐹 𝑀𝑂 = 𝑟𝑜 . 𝐹 → [−14𝑖 + 8 + 2𝑘] = ( 𝑖 𝑗 𝑘 1 𝑦 𝑧 6 81 10 ) −14𝑖 + 8𝑗 + 2𝑘 = (10𝑦 − (8𝑧))𝑖 + (6𝑧 − (10))𝑗 + (8 − (6𝑦))𝑘 −14 = 10𝑦 − 8𝑧 8 = −10 + 6𝑧 2 = 8 − 6𝑦 𝑦 = 1𝑚 𝑧 = 3𝑚 𝐹 = √62 + 82 + 102 → 𝐹 = 14,4𝑁 𝑀𝑂 = √(−14)2 + 82 + 22 → 𝑀𝑂 = 16,25 𝑁𝑚 𝑑 = 16,25 14,14 → 𝑑 = 1,15𝑚 4.59. O atrito na luva A pode fornecer um momento de resistência máximo de 125 N.M em relação ao eixo x, determine a maior intensidade da força F que pode ser aplicada no braço de modo que ele não gire. 𝐹𝑦 = 𝐹 . 𝑐𝑜𝑠60° 𝐹𝑧 = 𝐹 . 𝑐𝑜𝑠45° 𝑑𝑧 = 0,3 𝑑𝑦 = 0,1 𝑀𝑥 = −𝐹𝑦𝑑𝑦 + 𝐹𝑧𝑑𝑧 ⇒ 125 = −𝐹 . 𝑐𝑜𝑠60° . 0,1 + 𝐹 . cos 45° . 0,3 ⇒ 125 = −𝐹(−𝑐𝑜𝑠60° . 0,1 + 𝑐𝑜𝑠45° . 0,3 ⇒ 125 = 𝐹(−0,05 + 0,212 ⇒ 125 = 𝐹(0,162) ⇒ 𝐹 = 771,6𝑁 4.63. A estrutura na forma de um A está sendo suspensa para uma posição ereta pela força vertical F= 400 N. Determine o momento dessa força em relação ao eixo y’ passando pelos pontos A e B quando a estrutura está na posição mostrada. 𝑀0 = 𝑢𝑎⃗⃗ ⃗⃗ . (𝑟 . 𝐹 ) = [ 𝑢𝑎𝑥′ 𝑢𝑎𝑦′ 𝑢𝑎𝑧 𝑟𝑥′ 𝑟𝑦′ 𝑟𝑧 𝐹𝑥′ 𝐹𝑦′ 𝐹𝑧 ] 𝑟 = {−2𝑐𝑜𝑠15°𝑖′ + 1𝑗′ + 2𝑠𝑒𝑛15°𝑘} = {−1,93𝑖′ + 1𝑗′ + 0,51𝑘} �⃗� = −𝑠𝑒𝑛30°𝑖′ + 𝑐𝑜𝑠30° 𝑗′ = −0,5𝑖 + 0,86𝑗′ 𝑀0 = 𝑢𝑎⃗⃗ ⃗⃗ . (𝑟 . 𝐹 ) = [ 𝑢𝑎𝑥′ 𝑢𝑎𝑦′ 𝑢𝑎𝑧 𝑟𝑥′ 𝑟𝑦′ 𝑟𝑧 𝐹𝑥′ 𝐹𝑦′ 𝐹𝑧 ] = [ −0,5 0,86 0 −1,93 1 0,51 0 0 400 ] = −0,5[1. 400 − (0,51 . 0)] − 0,86[−1,93 . 400 − (0,51 . 0)] + 0[−1,93 . 0 − (1 . 0)] = −0,5(400 − 0) − 0,86(−772 − 0) + 0(0 + 0) = −200 + 663,92 = 463,92𝑁 .𝑚 4.67. Se um torque ou momento de 10 N.m é necessário para afrouxar o parafuso em A, determine a força P que precisa ser aplicada perpendicularmente ao cabo da chave de boca articulável. r Z Y X 𝑀0 = 𝐹𝑑 𝑑𝑥 = 0,02 + 0,25 . 𝑐𝑜𝑠30° = 0,02 + 0,2165 = 0,2365 𝑀𝑧 = 𝐹𝑥𝑑𝑥 ⇒ 10 = 𝐹 . 0,2365 ⇒ 𝐹 = 10 0,2365 = 42,28 𝑁 4.74. O rodízio está sujeito aos dois binários. Determine as forças F que os rolamentos exercem sobre o eixo de modo que o momento de binário resultante sobre o rodízioseja zero. 𝑂 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑐𝑎𝑢𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑒𝑙𝑜 𝑝𝑎𝑟 𝑭 𝑒𝑠𝑡á 𝑛𝑜 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜 ℎó𝑟á𝑟𝑖𝑜, 𝑝𝑜𝑑𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑣𝑒𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑟 𝑖𝑠𝑠𝑜 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑣é𝑠 𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑎𝑠 𝑓𝑜𝑟ç𝑎𝑠. 𝑀 = 𝐹. 𝑑 𝑑1 = 0,04𝑚 𝑀1 = 𝐹𝑑1 = 0,04𝐹 𝑑2 = 0,05 𝑚 𝑀2 = −0,05 . 500 𝑀𝑅 = 𝑀1 + 𝑀2 0 = 𝐹(0,04) − 500(0,05) F M F ⇒ 0 = −25 + 0,04𝐹 ⇒ 0,04𝐹 = 25 ⇒ 𝐹 = 625𝑁 4.86. Dois binários agem sobre o suporte da viga, Se F = 6 kN, determine o momento de binário resultante. 𝑀 = 𝐹. 𝑑 𝑀 = −𝐹𝑠𝑒𝑛30°(3) − (−𝐹𝑐𝑜𝑠30°(1)) + 5 ( 4 5 ) (3) − 5 ( 3 5 ) (1) 𝑀 = −6 𝑠𝑒𝑛30°(3) + 6 𝑐𝑜𝑠30°(1) + 5 ( 4 5 ) (3) − 5 ( 3 5 ) (1) 𝑀 = −9 + 5,19 + 12 − 3 𝑀 = 5,19 𝑘𝑁 . 𝑚 4.99. Determine a distância d entre A e B tal que o momento de binário resultante tenha uma intensidade de MR =20 N . m. �⃗⃗� = 𝑟 . 𝐹 𝐵 = (50,−𝑑𝑐𝑜𝑠30°, 𝑑𝑠𝑒𝑛30°) 𝐴 = (50,0,0) 𝑟1⃗⃗⃗ = 𝐵 − 𝐴 = (50,−𝑑𝑐𝑜𝑠30°, 𝑑 𝑠𝑒𝑛30°) − (50,0,0) = (0,−𝑑𝑐𝑜𝑠30°, 𝑑 𝑠𝑒𝑛30°) 𝑟1⃗⃗⃗ = −𝑑𝑐𝑜𝑠30°𝑗̂ + 𝑑 𝑠𝑒𝑛30°�̂� 𝑟 2 = 𝐶 − 𝐴 = ((300,−𝑑𝑐𝑜𝑠30°, 𝑑 𝑠𝑒𝑛30°) − (50,0,0) = (250,−𝑑𝑐𝑜𝑠30°, 𝑑 𝑠𝑒𝑛30°) 𝑟2⃗⃗ ⃗ = (250𝑖̂ − 𝑑𝑐𝑜𝑠30°𝑗̂ + 𝑑𝑠𝑒𝑛30°�̂�) 𝑀1⃗⃗⃗⃗ ⃗ = (−𝑑𝑐𝑜𝑠30°𝑗̂ + 𝑑𝑠𝑒𝑛30°�̂�).(𝐹1�̂�) = −𝐹1𝑑𝑐𝑜𝑠30°𝑖̂ �⃗⃗� 2 = 250𝑖̂ − 𝑑𝑐𝑜𝑠30°𝑗̂ + 𝑑𝑠𝑒𝑛30°�̂� . (−𝐹2𝑖̂) = 𝐹2𝑑(−𝑐𝑜𝑠30°�̂� − 𝑠𝑒𝑛30°𝑗̂ �⃗⃗� = 𝑀1⃗⃗⃗⃗ ⃗ + 𝑀2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = −𝑑(𝐹1𝑐𝑜𝑠30°𝑖̂ + 𝐹2𝑠𝑒𝑛30°𝑗̂ + 𝐹2𝑐𝑜𝑠30°�̂�) = 𝑑√(𝐹1𝑐𝑜𝑠30°)2) + (𝐹2𝑠𝑒𝑛30°)2 + (𝐹2𝑐𝑜𝑠30°)2 𝑀 = 𝑑√(𝐹1𝑐𝑜𝑠30°)2 + (𝐹2)2 𝑑 = 𝑀 √(𝐹1𝑐𝑜𝑠30°)2 + (𝐹2)2 Substituindo 𝑀 = 20𝑁 . 𝑚, 𝐹1 = 35 𝑁𝑒𝐹2 = 50𝑁, 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑑 = 20 √352. 3 4 + 50 2 ≈ 0,342𝑚𝑚 4.110. Substitua o sistema de forças e momentos de binário que agem sobre a viga por uma força e momento de binário resultante no ponto A. 𝐹1⃗⃗ ⃗ = 26000 { 5 13 𝑖̂ − 12 13 𝑗̂} 𝑁 = {10000𝑖̂ − 24000𝑗̂} 𝑁 𝐹2⃗⃗ ⃗ = 30000{−𝑠𝑒𝑛30°𝑖̂ − 𝑐𝑜𝑠30°𝑗̂}𝑁 = {−15000𝑖̂ − 25980𝑗̂}𝑁 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = 𝐹1⃗⃗ ⃗ + 𝐹2⃗⃗ ⃗ 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {(10000 − 15000)𝑖̂ + (−24000 − 25980)𝑗̂}𝑁 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {−5000𝑖̂ − 49980𝑗̂}𝑁 �⃗⃗� = 𝑟 . 𝐹 𝑟1⃗⃗⃗ = {6𝑖̂ + 0,3𝑗̂}𝑚 𝑟2⃗⃗ ⃗ = {2𝑖̂ + 0,3𝑗̂}𝑚 𝑀1⃗⃗⃗⃗ ⃗ = {6𝑖̂ + 0,3𝑗̂} . {10000𝑖̂ − 24000𝑗̂}𝑁.𝑚 = {−147000�̂�}𝑁.𝑚 𝑀2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = {2𝑖̂ + 0,3𝑗̂} . {15000𝑖̂ − 25980𝑗̂}𝑁.𝑚 = {−47460�̂�}𝑁.𝑚 �⃗⃗� = {−45000�̂�}𝑁.𝑚 𝑀𝑅𝐴⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = {(−147000 − 47460 − 45000)�̂�}𝑁.𝑚 = {−239460�̂�} 𝑁.𝑚 4.111. Substitua o sistema de forças por uma força e momento de binário resultante no ponto O. 𝐹1⃗⃗ ⃗ = 500 { 3 5 𝑖̂ + 4 5 𝑗̂} 𝑁 = {300𝑖̂ + 400𝑗̂}𝑁 𝐹2⃗⃗ ⃗ = {200𝑖̂}𝑁 𝐹3⃗⃗ ⃗ = {−200𝑖̂}𝑁 𝐹4⃗⃗ ⃗ = {750𝐽}𝑁 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = 𝐹1⃗⃗ ⃗ + 𝐹2⃗⃗ ⃗ + 𝐹3⃗⃗ ⃗ + 𝐹4⃗⃗ ⃗ 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {(300 + 200 − 200)𝑖̂ + (400 − 750)𝑗̂}𝑁 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {300𝑖̂ − 350𝑗̂}𝑁 𝑀1 = 750 . 1,25 = 937,5 𝑁 .𝑚 𝑀2 = 200 . 1 = 200 𝑁.𝑚 𝑀3 = 300 . 1 = 300 𝑁.𝑚 𝑀4 = −400 . 2,5 = −1000 𝑁.𝑚 𝑀 = 937,5 + 200 + 300 − 1000 = 437,5 𝑁.𝑚 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {300𝑖̂ − 350𝑗̂}𝑁 𝑀 = 437,5 𝑁.𝑚 4.114. As três forças atuam no encanamento. Se F1 = 50 N e F2 = 80 N, substitua esse sistema de forças por uma força e momento de binário resultante equivalente agindo em O. Expresse o resultado na forma do vetor cartesiano. 𝐹1⃗⃗ ⃗ = {50�̂�}𝑁 𝐹2⃗⃗ ⃗ = {−80�̂�}𝑁 𝐹3⃗⃗ ⃗ = {−180�̂�}𝑁 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = 𝐹1⃗⃗ ⃗ + 𝐹2⃗⃗ ⃗ + 𝐹3⃗⃗ ⃗ + 𝐹4⃗⃗ ⃗ 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {(50 − 80 − 180)�̂�}𝑁 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {−210�̂�}𝑁 �⃗⃗� = 𝑟 . 𝐹 𝑟1⃗⃗⃗ = {2𝑖̂ + 0,5𝑗̂}𝑚 𝑟2⃗⃗ ⃗ = {1,25𝑖̂ + 0,5𝑗̂}𝑚 𝑟3⃗⃗ ⃗ = {1,25𝑖̂}𝑚 𝑀1⃗⃗⃗⃗ ⃗ = {2𝑖̂ + 0,5𝑗̂}. {50�̂�}𝑁.𝑚 = {−100𝑗̂ + 25𝑖̂}𝑁.𝑚 𝑀2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = {1,25𝑖̂ + 0,5𝑗̂}. {80�̂�}𝑁.𝑚 = {100𝑗̂ + 40𝑖̂}𝑁.𝑚 𝑀3⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = {1,25𝑖̂}. {−180�̂�}𝑁.𝑚 = {225𝑗̂}𝑁.𝑚 𝑀𝑅𝑂⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = {(25 − 40)𝑖̂ + (−100 + 100 + 225)𝑗̂}𝑁 .𝑚 𝑀𝑅𝑂⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = {−15𝑖̂ + 225𝑗̂}𝑁.𝑚 4.115. As forças F1 e F2 são aplicadas, nas manoplas da furadeira elétrica. Substitua esse sistema de forças por uma força em momento de binário resultante equivalente agindo em O. Expresse o resultado na forma do vetor cartesiano. 𝐹1⃗⃗⃗⃗ = {6�̂� − 3�̂� − 10�̂�}𝑁 𝐹2⃗⃗⃗⃗ = {2�̂� − 4�̂�}𝑁 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = 𝐹1⃗⃗⃗⃗ + 𝐹2⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {6�̂� + (−3 + 2)�̂� + (−10 − 4)�̂�}𝑁 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ = {6�̂� − �̂� − 14�̂�}𝑁 �⃗⃗� = 𝑟 ⃗⃗ . 𝐹 𝑟1⃗⃗⃗ = {0,15𝑖̂ + 0,3�̂�}𝑚 𝑟2⃗⃗ ⃗ = {−0,25𝑗̂ + 0,3�̂�}𝑚 𝑀1⃗⃗⃗⃗ ⃗ = {0,15𝑖̂ + 0,3�̂�}. {6𝑖̂ − 3𝑗̂ − 10�̂�}𝑁 . 𝑚 = {0,9𝑖̂ + 3,3𝑗̂ − 0,45�̂�} 𝑀2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ = {0,25𝑗̂ + 0,3�̂�}. {2𝑗̂ − 4�̂�}𝑁 . 𝑚 = {0,4𝑖̂}𝑁 .𝑚 𝑀𝑅𝑂⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = {(0,9 − 0,4)𝑖̂ + 3,3𝑗̂ − 0,45�̂�}𝑁 .𝑚 𝑀𝑅𝑂⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ = {1,3𝑖̂ + 3,3𝑗̂ − 0,45�̂�}𝑁.𝑚
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