Prévia do material em texto
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