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Prof. André Luis Christoforo O centro de gravidade G é um ponto no qual se localiza o peso resultante de um sistema de pontos materiais. O centro de gravidade G é um ponto no qual se localiza o peso resultante de um sistema de pontos materiais. O centro de gravidade G é um ponto no qual se localiza o peso resultante de um sistema de pontos materiais. WWR O centro de gravidade G é um ponto no qual se localiza o peso resultante de um sistema de pontos materiais. WWR A soma dos momentos dos pesos de todos os pontos materiais em relação aos eixos x, y, z é então igual ao momento do peso resultante em relação a esses eixos. Para determinar a coordenada de G, podemos somar os momentos em relação ao eixo y. x Para determinar a coordenada de G, podemos somar os momentos em relação ao eixo y. x nnR WxWxWxWx ~...~~ 2211 Para determinar a coordenada de G, podemos somar os momentos em relação ao eixo y. x nnR WxWxWxWx ~...~~ 2211 De maneira semelhante, efetuando o somatório dos momentos em relação ao eixo x obtemos a coordenada ,isto é: y Para determinar a coordenada de G, podemos somar os momentos em relação ao eixo y. x nnR WxWxWxWx ~...~~ 2211 De maneira semelhante, efetuando o somatório dos momentos em relação ao eixo x obtemos a coordenada ,isto é: y nnR WyWyWyWy ~...~~ 2211 Embora os pesos não produzam um momento em relação ao eixo z, podemos obter a coordenada de G imaginando que o sistema de coordenadas, com os pontos materiais fixos, sofre uma rotação de 90° em torno do eixo x (ou y).Efetuando o somatório dos momentos em relação ao eixo x, temos: z Embora os pesos não produzam um momento em relação ao eixo z, podemos obter a coordenada de G imaginando que o sistema de coordenadas, com os pontos materiais fixos, sofre uma rotação de 90° em torno do eixo x (ou y).Efetuando o somatório dos momentos em relação ao eixo x, temos: z Efetuando o somatório dos momentos em relação ao eixo x, temos: nnR WzWzWzWz ~...~~ 2211 nnR WzWzWzWz ~...~~ 2211 nnR WxWxWxWx ~...~~ 2211 nnR WyWyWyWy ~...~~ 2211 Generalizando: nnR WzWzWzWz ~...~~ 2211 nnR WxWxWxWx ~...~~ 2211 nnR WyWyWyWy ~...~~ 2211 Generalizando: W Wx x ~ W Wy y ~ W Wz z ~ nnR WzWzWzWz ~...~~ 2211 nnR WxWxWxWx ~...~~ 2211 nnR WyWyWyWy ~...~~ 2211 Generalizando: W Wx x ~ W Wy y ~ W Wz z ~ zyx ,, Representam as coordenadas do centro de gravidade G do sistema de pontos materiais. zyx ~,~,~ Representam as coordenadas de cada ponto material no sistema. W É a soma resultante dos pesos de todos os pontos materiais no sistema. Para o estudo de problemas que dizem respeito ao movimento da matéria sob a influência de forças, isto é, problemas de dinâmica, é necessário localizar um ponto denominado centro de massa. Como a aceleração da gravidade g para cada ponto material é constante, então: Para o estudo de problemas que dizem respeito ao movimento da matéria sob a influência de forças, isto é, problemas de dinâmica, é necessário localizar um ponto denominado centro de massa. Como a aceleração da gravidade g para cada ponto material é constante, então: W = mg. Substituindo nas equações e cancelando g no numerador e no denominador, obtemos: Para o estudo de problemas que dizem respeito ao movimento da matéria sob a influência de forças, isto é, problemas de dinâmica, é necessário localizar um ponto denominado centro de massa. Como a aceleração da gravidade g para cada ponto material é constante, então: W = mg. Substituindo nas equações e cancelando g no numerador e no denominador, obtemos: W Wx x ~ W Wy y ~ W Wz z ~ m mx x ~ m my y ~ m mz z ~ Um corpo rígido é composto de um infinito número de partículas. Dessa maneira, se os princípios utilizados anteriormente são aplicados ao sistema de partículas que compõem esse corpo, torna-se necessário usar a operação de integração. Um corpo rígido é composto de um infinito número de partículas. Dessa maneira, se os princípios utilizados anteriormente são aplicados ao sistema de partículas que compõem esse corpo, torna-se necessário usar a operação de integração. dW dWx x ~ dW dWy y ~ dW dWz z ~ dVdW Um corpo rígido é composto de um infinito número de partículas. Dessa maneira, se os princípios utilizados anteriormente são aplicados ao sistema de partículas que compõem esse corpo, torna-se necessário usar a operação de integração. dW dWx x ~ dW dWy y ~ dW dWz z ~ dVdW V V dV dVx x ~ V V dV dVy y ~ V V dV dVz z ~ A densidade se relaciona com pela equação .g, onde g é a aceleração gravitacional. A densidade se relaciona com pela equação .g, onde g é a aceleração gravitacional. V V dV dVx x ~ V V dV dVy y ~ V V dV dVz z ~ A densidade se relaciona com pela equação .g, onde g é a aceleração gravitacional. V V dV dVx x ~ V V dV dVy y ~ V V dV dVz z ~ V V dV dVx x ~ V V dV dVy y ~ V V dV dVz z ~ É um ponto que define o centro geométrico de um objeto. Sua localização pode ser determinada a partir de fórmulas semelhantes àquelas utilizadas para obter o centro de gravidade ou o centro de massa de um corpo. Se o material que compõe o corpo for uniforme ou homogêneo, a densidade ou peso específico será constante por todo o corpo e, conseqüentemente, esse termo poderá sair da chave de integração e ser cancelado nos numeradores e denominadores das equações. As fórmulas resultantes que definem o centróide de um corpo são independentes do peso dele, dependendo apenas de sua geometria. VOLUME ÁREA LINHA Se um objeto é subdividido em elementos de volumes infinitesimais dV (Figura abaixo), a localização do centróide C( , , ) para o volume do objeto pode ser determinado pelo cálculo dos ‘momentos’ dos elementos infinitesimais em relação a cada eixo de coordenadas. As fórmulas resultantes são: VOLUME x y z Se um objeto é subdividido em elementos de volumes infinitesimais dV (Figura abaixo), a localização do centróide C( , , ) para o volume do objeto pode ser determinado pelo cálculo dos ‘momentos’ dos elementos infinitesimais em relação a cada eixo de coordenadas. As fórmulas resultantes são: VOLUME x y z V V dV dVx x ~ V V dV dVy y ~ V V dV dVz z ~ De forma análoga, o centróide para a área da superfície de um objeto, como uma placa ou uma concha, pode ser obtido subdividindo-se a área do objeto em elementos de áreas infinitesimais dA e calculando-se os ‘momentos’ dessas áreas elementares em relação a cada eixo de coordenadas, isto é: ÁREA De forma análoga, o centróide para a área da superfície de um objeto, como uma placa ou uma concha, pode ser obtido subdividindo-se a área do objeto em elementos de áreas infinitesimais dA e calculando-seos ‘momentos’ dessas áreas elementares em relação a cada eixo de coordenadas, isto é: ÁREA A A dA dAx x ~ A A dA dAy y ~ A A dA dAz z ~ Se a geometria do objeto, tal como uma barra fina ou um fio, tem o formato de um fio, o cálculo dos momentos dos elementos infinitesimais dL em relação a cada um dos eixos de coordenadas fornece: LINHA Se a geometria do objeto, tal como uma barra fina ou um fio, tem o formato de um fio, o cálculo dos momentos dos elementos infinitesimais dL em relação a cada um dos eixos de coordenadas fornece: LINHA L L dL dLx x ~ L L dL dLy y ~ L L dL dLz z ~ Os centróides de algumas formas geométricas devem ser parcial ou completamente especificados por meio das condições de simetria. Nos casos em que a forma geométrica tem um eixo de simetria, o centróide dela ficará sobre esse eixo. Nos casos em que uma forma tem dois ou três eixos de simetria, o centróide se localizará na intersecção desses eixos. Localize o centróide da barra curvada no formato de um arco parabólico, como mostrado na figura : Localize o centróide da barra curvada no formato de um arco parabólico, como mostrado na figura : dy dy dx dydxdL 1 2 22 SOLUÇÃO Localize o centróide da barra curvada no formato de um arco parabólico, como mostrado na figura : dy dy dx dydxdL 1 2 22 Como , . Conseqüentemente, expressando dL em função de y e dy , temos: 2yx ydydx 2/ SOLUÇÃO Localize o centróide da barra curvada no formato de um arco parabólico, como mostrado na figura : dy dy dx dydxdL 1 2 22 Como , . Conseqüentemente, expressando dL em função de y e dy , temos: 2yx ydydx 2/ dyydL 12 2 SOLUÇÃO Localize o centróide da barra curvada no formato de um arco parabólico, como mostrado na figura : dy dy dx dydxdL 1 2 22 Como , . Conseqüentemente, expressando dL em função de y e dy , temos: 2yx ydydx 2/ dyydL 12 2 O centróide está localizado em e xx ~ yy ~ SOLUÇÃO O centróide está localizado em e xx ~ yy ~ O centróide está localizado em e xx ~ yy ~ m dyy dyyy dyy dyyx dL dLx x L L 410,0 479,1 6063,0 14 14 14 14~ 1 0 2 1 0 22 1 0 2 1 0 2 O centróide está localizado em e xx ~ yy ~ m dyy dyyy dyy dyyx dL dLx x L L 410,0 479,1 6063,0 14 14 14 14~ 1 0 2 1 0 22 1 0 2 1 0 2 m dyy dyyy dL dLy y L L 574,0 479,1 8484,0 14 14~ 1 0 2 1 0 2 Localize o centróide do segmento circular do fio, conforme mostra a figura. Localize o centróide do segmento circular do fio, conforme mostra a figura. Como o arco é circula, serão usadas coordenadas polares para resolver o problema. SOLUÇÃO Localize o centróide do segmento circular do fio, conforme mostra a figura. Como o arco é circula, serão usadas coordenadas polares para resolver o problema. R dR dR Rd RdR dL dLx x L L 2 coscos~ 2/ 0 2/ 0 2 2/ 0 2/ 0 SOLUÇÃO Localize o centróide do segmento circular do fio, conforme mostra a figura. Como o arco é circula, serão usadas coordenadas polares para resolver o problema. R dR dR Rd RdR dL dLx x L L 2 coscos~ 2/ 0 2/ 0 2 2/ 0 2/ 0 R dR dsenR Rd RdRsen dL dLy y L L 2 ~ 2/ 0 2/ 0 2 2/ 0 2/ 0 SOLUÇÃO Determine a distância do eixo x ao centróide da área do triângulo mostrado na figura. y Determine a distância do eixo x ao centróide da área do triângulo mostrado na figura. A área do elemento é dA y dyyh h b XDYdA )( SOLUÇÃO Determine a distância do eixo x ao centróide da área do triângulo mostrado na figura. A área do elemento é dA y dyyh h b XDYdA )( 3 ~ 2 1 2 6 1 0 0 h bh bh dyyh h b dyyh h b y dA dAy y h h A A SOLUÇÃO Localize o centróide para a área de um quarto de círculo mostrado na figura. Localize o centróide para a área de um quarto de círculo mostrado na figura. A área do elemento é dA dyyh h b XDYdA )( SOLUÇÃO Localize o centróide para a área de um quarto de círculo mostrado na figura. A área do elemento é dA dyyh h b XDYdA )( 3 ~ 2 1 2 6 1 0 0 h bh bh dyyh h b dyyh h b y dA dAy y h h A A SOLUÇÃO A área do elemento infinitesimal é: dRRdRdA 2 2 2 1 A área do elemento infinitesimal é: dRRdRdA 2 2 2 1 O centróide do elemento triangular esta localizado em: cos 3 2~ Rx Rseny 3 2~ A área do elemento infinitesimal é: dRRdRdA 2 2 2 1 O centróide do elemento triangular esta localizado em: cos 3 2~ Rx Rseny 3 2~ 3 4 cos 3 2 2 2 cos 3 2 ~ 2/ 0 2/ 0 2/ 0 2 2/ 0 2 R d dR d R d R R dA dAx x A A A área do elemento infinitesimal é: dRRdRdA 2 2 2 1 O centróide do elemento triangular esta localizado em: cos 3 2~ Rx Rseny 3 2~ 3 4 cos 3 2 2 2 cos 3 2 ~ 2/ 0 2/ 0 2/ 0 2 2/ 0 2 R d dR d R d R R dA dAx x A A 3 43 2 2 23 2 ~ 2/ 0 2/ 0 2/ 0 2 2/ 0 2 R d dsenR d R d R Rsen dA dAy y A A Localize o centróide da área mostrada na figura. Localize o centróide da área mostrada na figura. A área do elemento é : ydxdA SOLUÇÃO Localize o centróide da área mostrada na figura. A área do elemento é : ydxdA xx ~ 2 ~ yy Seu centróide esta localizado em: SOLUÇÃO Localize a coordenada do centróide da área sombreada limitada pelas duas curvas e , conforme a figura. x xy 2xy Localize a coordenada do centróide da área sombreada limitada pelas duas curvas e , conforme a figura. x xy 2xy SOLUÇÃO A área do elemento é : dyxxdA )( 21 Localize a coordenada do centróide da área sombreada limitada pelas duascurvas e , conforme a figura. x xy 2xy SOLUÇÃO A área do elemento é : dyxxdA )( 21 22 ~ 2121 2 xxxx xx Seu centróide esta localizado em: Localize a coordenada do centróide da área sombreada limitada pelas duas curvas e , conforme a figura. x xy 2xy SOLUÇÃO A área do elemento é : dyxxdA )( 21 22 ~ 2121 2 xxxx xx Seu centróide esta localizado em: pé dxxx dxxxx dxyy dxyyx dA dAx x A A 5,0 ~ 6 1 12 1 1 0 2 1 0 2 1 0 12 1 0 12 Determine o baricentro da área limitada pela curva e pela reta . 2 2x y xy Determine o baricentro da área limitada pela curva e pela reta . 1º passo – Façamos o esboço gráfico: 2 2x y xy SOLUÇÃO Determine o baricentro da área limitada pela curva e pela reta . 1º passo – Façamos o esboço gráfico: 2º passo – Calculemos A: 2 2x y xy 2 0 2 0 dxyyydxA cr 2 0 32 2 0 2 622 xx dx x x 2 3 2 3 4 2 u SOLUÇÃO 3º passo – Calculemos e : Multiplicamos a área pela distancia de seu baricentro ao eixo dos x. Logo, crcr yydxyy 2 1 dx x xdx x x x xM x 2 0 4 2 2 2 0 2 42 1 222 1 15 8 5 8 3 8 2 1 2032 1 2 0 53 xx 3º passo – Calculemos e : Multiplicamos a área pela distancia de seu baricentro ao eixo dos x. crcr yydxyy 2 1 Para calcular o My, multiplicamos a área pela distancia de seu baricentro ao eixo dos y. Logo, xdxyy cr 3 2 2 3 8 8322 2 0 43 2 0 3 2 2 0 2 xx dx x xxdx x xM y 4º passo – Calculemos e através das fórmulas: x y 1 3 2 3 2 A M x y 5 4 3 2 15 8 A M y x 5 4 ,1G Determine o baricentro da superfície D limitada pela curva e a reta , supondo-a de material homogêneo. 22xy 8y Determine o baricentro da superfície D limitada pela curva e a reta , supondo-a de material homogêneo. 22xy 8y 1º passo – Façamos o esboço gráfico SOLUÇÃO Determine o baricentro da superfície D limitada pela curva e a reta , supondo-a de material homogêneo. 22xy 8y 1º passo – Façamos o esboço gráfico 2º passo – Calculemos : 2 2 2 3 2 2 2 2 2 8 2 2 2 8 2 3 64 3 32 32 3 16 16 3 16 16 3 2 828 2 2 u x xdxx dxydydxA x x SOLUÇÃO 3º passo – Calculemos os momentos estáticos em relação aos eixos dos e dos : x y 0816816 2 4 2828 2 2 4 2 2 2 3 2 2 2 2 2 8 2 2 2 8 2 2 2 x x dxxxdxxxdxyxxdydxxdydx x xD 3º passo – Calculemos os momentos estáticos em relação aos eixos dos e dos : x y 0816816 2 4 2828 2 2 4 2 2 2 3 2 2 2 2 2 8 2 2 2 8 2 2 2 x x dxxxdxxxdxyxxdydxxdydx x xD 5 512 5 128 128 5 64 64 5 64 64 5 2 32232 2 2 2 5 2 2 4 2 2 8 2 2 2 2 8 2 2 2 x xdxxdx y xdydxydydx x xD 3º passo – Calculemos os momentos estáticos em relação aos eixos dos e dos : x y 0816816 2 4 2828 2 2 4 2 2 2 3 2 2 2 2 2 8 2 2 2 8 2 2 2 x x dxxxdxxxdxyxxdydxxdydx x xD 5 512 5 128 128 5 64 64 5 64 64 5 2 32232 2 2 2 5 2 2 4 2 2 8 2 2 2 2 8 2 2 2 x xdxxdx y xdydxydydx x xD Assim, 0 3 64 0 x 8,4 5 24 3 64 5 512 y 8,4;0G Localize a coordenada do centróide de um parabolóide de revolução que é gerado pela rotação da área sombreada mostrada na figura, em torno do eixo . y y Localize a coordenada do centróide de um parabolóide de revolução que é gerado pela rotação da área sombreada mostrada na figura, em torno do eixo . y y dyzdV 2O volume do elemento é : SOLUÇÃO Localize a coordenada do centróide de um parabolóide de revolução que é gerado pela rotação da área sombreada mostrada na figura, em torno do eixo . y y dyzdV 2 yy ~ O volume do elemento é : Seu centróide esta localizado em: SOLUÇÃO Localize a coordenada do centróide de um parabolóide de revolução que é gerado pela rotação da área sombreada mostrada na figura, em torno do eixo . y y dyzdV 2 yy ~ O volume do elemento é : Seu centróide esta localizado em: m ydy dyy dyz dyzy dV dVy y V V 7,66 100 100~ 100 0 100 0 2 100 0 2 100 0 2 SOLUÇÃO Determine a localização do centro de massa do cilindro mostrado na figura, sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distância a partir da base, isto é, . 3/200 mzkg Determine a localização do centro de massa do cilindro mostrado na figura, sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distância a partir da base, isto é, . 3/200 mzkg Por razões de simetria do material: 0 yx SOLUÇÃO Determine a localização do centro de massa do cilindro mostrado na figura, sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distância a partir da base, isto é, . dzdV 2)5,0(O volume do elemento é : 3/200 mzkg Por razões de simetria do material: 0 yx SOLUÇÃO Determine a localização do centro de massa do cilindro mostrado na figura, sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distância a partir da base, isto é, . dzdV 2)5,0( zz ~ O volume do elemento é : Seu centróide esta localizado em: 3/200 mzkg Por razões de simetria do material: 0 yx SOLUÇÃO Determine a localização do centro de massa do cilindro mostrado na figura, sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distância a partir da base, isto é, . dzdV 2)5,0( zz ~ O volume do elemento é : Seu centróide esta localizado em: 3/200 mzkg Por razões de simetria do material: 0 yx SOLUÇÃO m zdz dzz dzz dzzz dV dVz z V V 667,0 5,0200 5,0200~ 1 0 1 0 2 1 0 2 1 0 2 Um corpo composto consisteem um conjunto de corpos de formatos mais simples que podem ser retangulares, triangulares, semicirculares etc. esse corpo freqüentemente pode ser segmentado ou dividido em suas partes constituintes e, contanto que o peso e a localização do centro de gravidade de cada uma dessas partes sejam conhecidos, podemos eliminar a necessidade de integração para obter o centro de gravidade do corpo como um todo. Esse método para obtenção do centro de gravidade requer que cada uma das partes do corpo seja tratada como uma partícula e que seja utilizado o procedimento apresentado anteriormente para cálculo do mesmo . Uma vez que podemos considerar um número finito de pesos, assim obtemos fórmulas semelhantes às equações anteriores. Reescrevendo essas fórmulas, temos: W Wx x ~ W Wy y ~ W Wz z ~ zyx ,, Representam as coordenadas do centro de gravidade G do corpo composto. zyx ~,~,~ Representam as coordenadas do centro de gravidade de cada parte que constitui o peso W É a soma resultante dos pesos de todas as partes que constituem o corpo ou é simplesmente o peso total do corpo composto Localize o centróide do fio mostrado na figura. Localize o centróide do fio mostrado na figura. O fio é dividido em 3 seguimentos: SOLUÇÃO mm L Lx x 5,45 5,248 310.11 ~ mm L Lx x 5,45 5,248 310.11 ~ mm L Ly y 5,22 5,248 600.5 ~ mm L Lx x 5,45 5,248 310.11 ~ mm L Ly y 5,22 5,248 600.5 ~ mm L Lz z 805,0 5,248 200 ~ Localize o centróide da área da placa mostrada na figura. A placa é dividida em 3 seguimentos: SOLUÇÃO Assim, pé A Ax x 348,0 5,11 4 ~ pé A Ay y 22,1 5,11 14 ~ Determine as coordenadas do centro de gravidade da área da superfície dada na figura abaixo: yxG , Determine as coordenadas do centro de gravidade da área da superfície dada na figura abaixo: yxG , A M x y A M y x 2345.21.22.65.2 uA SOLUÇÃO Determine as coordenadas do centro de gravidade da área da superfície dada na figura abaixo: yxG , A M x y A M y x 2345.21.22.65.2 uA 675,2.105,2.21.125,2.10 xM SOLUÇÃO Determine as coordenadas do centro de gravidade da área da superfície dada na figura abaixo: yxG , A M x y A M y x 2345.21.22.65.2 uA 675,2.105,2.21.125,2.10 xM 1709.105.25.121.10 yM SOLUÇÃO Determine as coordenadas do centro de gravidade da área da superfície dada na figura abaixo: yxG , A M x y A M y x 2345.21.22.65.2 uA 675,2.105,2.21.125,2.10 xM 1709.105.25.121.10 yM 5 34 170 x 34 67 y SOLUÇÃO Localize o centro de massa do conjunto composto mostrado na figura. O tronco de cone tem densidade e o hemisfério tem densidade de . No centro existe um furo cilíndrico de raio igual a 25 mm . 3/8 mtc 3/4 mth Devido a Simetria 0 yx mm m mz z 6,14 141,3 815,45 ~ SOLUÇÃO Distribuição de Pressão sobre uma Superfície Intensidade da Força Resultante Para determinar a intensidade de FR , é necessário somar cada uma das forças diferenciais dF que atuam sobre toda a superfície da placa A. Esse somatório pode ser expresso matematicamente como uma integral: FFR VAR dVdAyxpF , ; Conseqüentemente, podemos ver que a linha de ação da força resultante passa pelo centro geométrico ou centróide do volume sob o diagrama de carregamento distribuído. ; Localização da Força Resultante A 1oca1ização de FR pode ser determinada igualando-se os momentos de FR aos momentos de todas as forças dF em relação a seus eixos x, y. ),( yx VAR dVdAyxpF , V V A A dV xdV dAyxp dAyxxp x , , V V A A dV ydV dAyxp dAyxyp y , ,
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