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Prof. André Luis Christoforo O momento de inércia de uma superfície plana em relação a um eixo de referência, é definido através da integral de área dos produtos entre os infinitésimos da área que compõem a superfície e suas respectivas distâncias ao eixo de referência elevadas ao quadrado. A A A A x dxdyJ 22 O momento de inércia de uma superfície plana em relação a um eixo de referência, é definido através da integral de área dos produtos entre os infinitésimos da área que compõem a superfície e suas respectivas distâncias ao eixo de referência elevadas ao quadrado. Análise dimensional de J A A A A x dxdyJ 22 422 LLLJ O momento de inércia de uma superfície plana em relação a um eixo de referência, é definido através da integral de área dos produtos entre os infinitésimos da área que compõem a superfície e suas respectivas distâncias ao eixo de referência elevadas ao quadrado. Análise dimensional de J A A A A x dxdyJ 22 422 LLLJ Portanto, a unidade de Momento de Inércia poderá ser ;...;; 444 mcmmm O momento de inércia é uma característica geométrica importantíssima no dimensionamento dos elementos de construção, pois fornece através de valores numéricos, uma noção de resistência da peça. Quanto maior for o momento de inércia da secção transversal de uma peça, maior será a resistência da peça. Importância do Momento de Inércia nos Projetos O momento de inércia é uma característica geométrica importantíssima no dimensionamento dos elementos de construção, pois fornece através de valores numéricos, uma noção de resistência da peça. Quanto maior for o momento de inércia da secção transversal de uma peça, maior será a resistência da peça. Sejam x e y os eixos baricêntricos da superfície A. Para determinar o momento de inércia da superfície, em relação aos eixos u e v, paralelos a x e y, aplica-se o teorema de Steiner que é definido através das seguintes integrais. Importância do Momento de Inércia nos Projetos Importância do Momento de Inércia nos Projetos A Au dayJ 2 A Av dbxJ 2 Desenvolvendo as integrais, tem-se: A AA AA AA Au daydadydayJ 222 2 Desenvolvendo as integrais, tem-se: Como pois x é o eixo baricêntrico, concluímos que: A AA AA AA Au daydadydayJ 222 2 02 A Ayda AaJJdadyJ xu A A A Au 222 A AA AA AA Av dbxdbdxdbxJ 222 2 Como pois x é o eixo baricêntrico, concluímos que: 02 A Axdb AbJJdbdxJ yv A A A Au 222 Baseando-se nas demonstrações anteriores, pode-se definir o momento de inércia de uma superfície plana em relação a um eixo paralelo ao eixo baricêntrico, e o respectivo transporte de eixos, que será obtido através do produto, entre a área da superfície e a distância entre os eixos elevada ao quadrado Como pois x é o eixo baricêntrico, concluímos que: 02 A Axdb AbJJdbdxJ yv A A A Au 222 2AaJJ xu 2AbJJ yv 2. xx iAJ 2. yy iAJ O raio de giração de uma superfície plana em relação a um eixo de referência constitui-se em uma distância particular entre a superfície e o eixo, na qual o produto entre a referida distância elevada ao quadrado e a área total da superfície, determina o momento de inércia da superfície em relação ao eixo. Para determinar o raio de giração da superfície, quando conhecido o seu momento de inércia, utilize-se a sua definição, que é expressa através da raiz quadrada da relação entre o momento de inércia e a área total da superfície. 2. xx iAJ 2. yy iAJ O raio de giração de uma superfície plana em relação a um eixo de referência constitui-se em uma distância particular entre a superfície e o eixo, na qual o produto entre a referida distância elevada ao quadrado e a área total da superfície, determina o momento de inércia da superfície em relação ao eixo. A J i xx A J i y y Análise dimensional de i LL L L i 2/12 2/1 2 4 Portanto as unidades de i pode ser ;...;; mmcmm Define-se módulo de resistência de uma superfície plana em relação aos eixos baricêntricos x e y, como sendo a relação entre o momento de inércia relativo ao eixo baricêntrico e a distância máxima entre o eixo e a extremidade da secção transversal estudada. maxY J W xx maxX J W y y Define-se módulo de resistência de uma superfície plana em relação aos eixos baricêntricos x e y, como sendo a relação entre o momento de inércia relativo ao eixo baricêntrico e a distância máxima entre o eixo e a extremidade da secção transversal estudada. Análise dimensional de W Portanto as unidades de i pode ser maxY J W xx maxX J W y y 3 4 L L L youx J W ³;...³;³; mmcmm Calcule o momento de inércia de um retângulo em relação ao eixo paralelo ao suporte de sua altura e conduzido pelo centro do retângulo. . Calcule o momento de inércia de um retângulo em relação ao eixo paralelo ao suporte de sua altura e conduzido pelo centro do retângulo. Dy dydxxI 2 2/ 2/ 2/ 2/ 2 b b h h dydxx Calculando o momento de inércia em reelaçao ao eixo dos y. . SOLUÇÃO Calcule o momento de inércia de um retângulo em relação ao eixo paralelo ao suporte de sua altura e conduzido pelo centro do retângulo. Dy dydxxI 2 2/ 2/ 2/ 2/ 2 b b h h dydxx 2/ 2/ 2/ 2/ 2 b b h h dxyx 2/ 2/ 2 b b dxhx Calculando o momento de inércia em reelaçao ao eixo dos y. . SOLUÇÃO Calcule o momento de inércia de um retângulo em relação ao eixo paralelo ao suporte de sua altura e conduzido pelo centro do retângulo. Dy dydxxI 2 2/ 2/ 3 3 b b x h 2/ 2/ 2/ 2/ 2 b b h h dydxx 2/ 2/ 2/ 2/ 2 b b h h dxyx 2/ 2/ 2 b b dxhx 883 33 bbh 12 3hb I y Calculando o momento de inércia em reelaçao ao eixo dos y. . SOLUÇÃO Calcule o momento de inércia de um retângulo em relação ao eixo paralelo ao suporte de sua altura e conduzido pelo centro do retângulo. Dy dydxxI 2 2/ 2/ 3 3 b b x h 2/ 2/ 2/ 2/ 2 b b h h dydxx 2/ 2/ 2/ 2/ 2 b b h h dxyx 2/ 2/ 2 b b dxhx 883 33 bbh 12 3hb I y Calculando o momento de inércia em reelaçao ao eixo dos y. Se calcularmos xI 12 3bh . SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e pela reta . 29 xy 0y Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e pela reta Representamos graficamente a região . 29 xy 0y SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e pela reta Representamos graficamente a região . 29 xy 0y Dy dydxxI 2 3 3 9 0 2dydxxI y dxyx x29 0 3 3 2 dxxx 3 3 22 9 SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e pela reta Representamos graficamente a região . 29 xy 0y Dy dydxxI 2 3 3 9 0 2dydxxIy dxyx x29 0 3 3 2 dxxx 3 3 429 dxxx 3 3 22 9 3 3 5 3 5 3 x x SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e pela reta Representamos graficamente a região . 29 xy 0y Dy dydxxI 2 3 3 9 0 2dydxxI y 5 243 81 5 243 81 dxyx x29 0 3 3 2 dxxx 3 3 429 dxxx 3 3 22 9 3 3 5 3 5 3 x x SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e pela reta Representamos graficamente a região . 29 xy 0y Dy dydxxI 2 3 3 9 0 2dydxxI y 5 243 81 5 243 81 dxyx x29 0 3 3 2 dxxx 3 3 429 dxxx 3 3 22 9 3 3 5 3 5 3 x x 5 324 5 486 162 yI SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e o eixo dos x. . 24 xy Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e o eixo dos x. Representamos graficamente a região . 24 xy SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e o eixo dos x. Representamos graficamente a região . 24 xy dxyxI y 2 2 2 dxyxI y 2 0 22 ou (em virtude da simetria da curva) SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e o eixo dos x. Representamos graficamente a região . 24 xy dxyxI y 2 2 2 dxyxI y 2 0 22 2 0 222 424 dxxxIxy y ou (em virtude da simetria da curva) Como SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada pela curva e o eixo dos x. Representamos graficamente a região . 24 xy dxyxI y 2 2 2 dxyxI y 2 0 22 2 0 222 424 dxxxIxy y 5 32 3 32 2 53 4 242 2 0 53 2 0 22 xxdxxxI y ou (em virtude da simetria da curva) Como 5 128 15 64 .2 yI SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação a cada um dos eixos coordenados da área limitada pela curva desde a pelo eixo dos x. . senxy 0x x Determine o momento de inércia em relação a cada um dos eixos coordenados da área limitada pela curva desde a pelo eixo dos x. Representamos graficamente a região . senxy 0x x SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação a cada um dos eixos coordenados da área limitada pela curva desde a pelo eixo dos x. Representamos graficamente a região . senxy 0x x Em relação ao eixo dos y. A área elementar é y dx. O produto e ²xydx 0 2ydxxI y SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação a cada um dos eixos coordenados da área limitada pela curva desde a pelo eixo dos x. Representamos graficamente a região . senxy 0x x Em relação ao eixo dos y. A área elementar é y dx. O produto e ²xydx 0 2ydxxI y 0 2senxdxxIsenxy y SOLUÇÃO . Integrando por partes, Cxxxsenxxsenxdxx cos²2cos2² . Integrando por partes, Cxxxsenxxsenxdxx cos²2cos2² 0 0 cos²2cos2² xxxsenxxsenxdxxI y . Integrando por partes, Cxxxsenxxsenxdxx cos²2cos2² 0 0 cos²2cos2² xxxsenxxsenxdxxI y 0cos00.0.20cos2cos²2cos2 2sensenI y . Integrando por partes, Cxxxsenxxsenxdxx cos²2cos2² 0 0 cos²2cos2² xxxsenxxsenxdxxI y 0cos00.0.20cos2cos²2cos2 2sensenI y 1.001.210.21.2 2yI . Integrando por partes, Cxxxsenxxsenxdxx cos²2cos2² 0 0 cos²2cos2² xxxsenxxsenxdxxI y 0cos00.0.20cos2cos²2cos2 2sensenI y 1.001.210.21.2 2yI 422 22 yy II . Em relação ao eixo dos x: Tomamos 1/3 da área e multiplicamo-lo pelo quadrado da distância ao outro lado: ² 3 1 yydx , . Em relação ao eixo dos x: Tomamos 1/3 da área e multiplicamo-lo pelo quadrado da distância ao outro lado: ² 3 1 yydx 0 3 3 1 dxyI x senxy Como , . Em relação ao eixo dos x: Tomamos 1/3 da área e multiplicamo-lo pelo quadrado da distância ao outro lado: ² 3 1 yydx 0 3 3 1 dxyI x senxy 0 0 33 cos 3 1 cos 3 1 3 1 xxxdxsenI x Como , . Em relação ao eixo dos x: Tomamos 1/3 da área e multiplicamo-lo pelo quadrado da distância ao outro lado: ² 3 1 yydx 0 3 3 1 dxyI x senxy 0 0 33 cos 3 1 cos 3 1 3 1 xxxdxsenI x 0cos 3 1 0coscos 3 1 cos 3 1 33xI Como , . Em relação ao eixo dos x: Tomamos 1/3 da área e multiplicamo-lo pelo quadrado da distância ao outro lado: ² 3 1 yydx 0 3 3 1 dxyI x senxy 0 0 33 cos 3 1 cos 3 1 3 1 xxxdxsenI x 0cos 3 1 0coscos 3 1 cos 3 1 33xI 9 4 3 2 2 3 1 3 1 1 3 1 1 3 1 xx II Como , Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada no 1º quadrante pela curva e pela reta . 4 2x y 0 yx Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada no 1º quadrante pela curva e pela reta Representamos graficamente a região . 4 2x y 0 yx SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada no 1º quadrante pela curva e pela reta Representamos graficamente a região . 4 2x y 0 yx O momento pedido é em relação ao eixo dos y. Façamos, então, a partição do eixo dos x. dxyy cr A área elementar SOLUÇÃO Determine o momento de inércia em relação ao eixo dos y da área limitada no 1º quadrante pela curva e pela reta Representamos graficamente a região . 4 2x y 0 yx O momento pedido é em relação ao eixo dos y. Façamos, então, a partição do eixo dos x. dxyy cr A área elementar O produto pelo quadrado da distância é 2xdxyy cr 5 64 5 256 64 20444 4 0 54 4 0 4 32 4 0 2 yy I xx dx x xdxx x xI SOLUÇÃO . Secção Momento de Inércia Raio de Giração (I) Modulo de Resistencia (W) . Secção Momento de Inércia Raio de Giração (I) Modulo de Resistencia (W) . Secção Momento de Inércia Raio de Giração (I) Modulo de Resistencia (W) . Secção Momento de Inércia Raio de Giração (I) Modulo de Resistencia (W) Determineo momento de inércia relativo ao eixo baricêntrico x no triângulo de base b e altura h representado na figura. . Determine o momento de inércia relativo ao eixo baricêntrico x no triângulo de base b e altura h representado na figura. O eixo x baricêntrico, estará localizado a h/3 da base do triângulo. . Ax dyJ 2 dyadA . 3/ 3/ 2 3/ 3/ 2 h h h h Ax dyaydyJ SOLUÇÃO Determine o momento de inércia relativo ao eixo baricêntrico x no triângulo de base b e altura h representado na figura. O eixo x baricêntrico, estará localizado a h/3 da base do triângulo. . Ax dyJ 2 dyadA . 3/ 3/ 2 3/ 3/ 2 h h h h Ax dyaydyJ Por semelhança de triângulos conclui-se que: yh h b a yh a h b 3 2 3 2 SOLUÇÃO Substituindo-se “a” na integral, tem-se que: . 3/2 3/ 3 3/2 3/ 2 3/ 3/ 2 3 2 3 2 h h h h x h h x dyy h b dyhy h b Jdyyyh h b J 3/2 3/ 3 3/2 3/ 2 3 2 . h h h h x dyy h b dyyh h b J Substituindo-se “a” na integral, tem-se que: . 3/2 3/ 3 3/2 3/ 2 3/ 3/ 2 3 2 3 2 h h h h x h h x dyy h b dyhy h b Jdyyyh h b J 3/2 3/ 3 3/2 3/ 2 3 2 . h h h h x dyy h b dyyh h b J 4 3 .. 4 3 2 39 2 3 2 9 2 44 33 h h b h b h hb h b J x 4 .. 3 2 43 3/2 3/ y h b h yb h h Substituindo-se “a” na integral, tem-se que: . 3/2 3/ 3 3/2 3/ 2 3/ 3/ 2 3 2 3 2 h h h h x h h x dyy h b dyhy h b Jdyyyh h b J 3/2 3/ 3 3/2 3/ 2 3 2 . h h h h x dyy h b dyyh h b J 4 3 .. 4 3 2 39 2 3 2 9 2 44 33 h h b h b h hb h b J x 324 .15 27 9 . 9 2 4.81 . 4.81 .16 27 . 9 2 27 8 . 9 2 334433 bhhb h bh h bhhbhb 324 1524 324 15 27 2 3333 bhbhbhbh 4 .. 3 2 43 3/2 3/ y h b h yb h h 36324 9 33 bh J bh x Determinar o momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos eixos baricêntricos x e y do perfil representado na figura. . Determinar o momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos eixos baricêntricos x e y do perfil representado na figura. . 4 44 3,333.213~ 12 40 12 cm a J x 4 44 7854 64 20. 64 cm d J x Momento de Inércia: SOLUÇÃO Determinar o momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos eixos baricêntricos x e y do perfil representado na figura. . 4 44 3,333.213~ 12 40 12 cm a J x 4 44 7854 64 20. 64 cm d J x 78543,333.213. 21 xxx JJJ 43,479.205 cmJ x Momento de Inércia: SOLUÇÃO Raio de Giração . A J ii yx Raio de Giração . A J ii yx 4 20 1600 4 40.40 22 21 D AAA 284,128516,3141600 cmA Raio de Giração . A J ii yx 4 20 1600 4 40.40 22 21 D AAA 84,1485 3,205479 yx ii 284,128516,3141600 cmA cmii yx 64,12 Módulo de Resistência . Como a superfície é simétrica em relação aos eixos x e y 20 3,479.205 yx WW 396,10273 cmWW yx Determinar momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos eixos baricêntricos x e y da superfície hachadura representada na figura. . Determinar momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos eixos baricêntricos x e y da superfície hachadura representada na figura. Localizar o eixo x em relação ao eixo u, através da coordenada vg. A coordenada ug é dispensável, por ser de simetria. Denomina-se o retângulo de superfície (1) e o losango de superfície (2), tem-se então . 21 2211 AA vAvA vg cmvgvg 96,5 87 81576 996 9.96.96 SOLUÇÃO . Momento de Inércia 2 4 2 3 2 222 2 111 69,599 12 3 69,5696 12 12.8 xxxx JyAJyAJJ . Momento de Inércia 2 4 2 3 2 222 2 111 69,599 12 3 69,5696 12 12.8 xxxx JyAJyAJJ 49,10486,9875,623,2152.1 cmJJ xx . Momento de Inércia 2 4 2 3 2 222 2 111 69,599 12 3 69,5696 12 12.8 xxxx JyAJyAJJ 49,10486,9875,623,2152.1 cmJJ xx O eixo y da peça coincide com o eixo y de cada figura geométrica da peça. 4 43 21 25,505 12 3 12 8.12 cmJJJJ yyyy . Raio de Giração cmi A J i x x x 47,3 87 9,1048 cmi A J i y y y 41,2 87 25,505 . Raio de Giração cmi A J i x x x 47,3 87 9,1048 cmi A J i y y y 41,2 87 25,505 Módulo de Resistência máx x x y J W máx y y x J W cmymáx 31,669,512 322,166 31,6 9,1048 cmWW xx . Raio de Giração cmi A J i x x x 47,3 87 9,1048 cmi A J i y y y 41,2 87 25,505 Módulo de Resistência máx x x y J W máx y y x J W cmymáx 31,669,512 322,166 31,6 9,1048 cmWW xx Como o eixo é de simetria, conclui-se que: cmxmáx 4 4 8 33,126 4 25,505 cmWW yy Determinar momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos eixos baricêntricos x e y no perfil T representado na figura. . Determinar momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos eixos baricêntricos x e y no perfil T representado na figura. Divide-se a superfície em dois retângulos, retângulo vertical (1) e o horizontal (2). . cmvg AA vAvA vg 61,1 54 5,0.53.4 21 2211 A coordenada ug = 2,5 cm pois o eixo y é eixo de simetria. SOLUÇÃO . Momento de Inércia: 2 222 2 111 yAJyAJJ xxx . Momento de Inércia: 2 222 2 111 yAJyAJJ xxx 464,1916,642,073,733,5 cmJJ xx 2 3 2 3 5,061,15 12 1.5 61,134 12 4.1 xJ . Momento de Inércia: Em relação a y, não há transporte, pois o eixo y dos retângulos coincide com o eixo do T invertido. Temos então que: 2 222 2 111 yAJyAJJ xxx 464,1916,642,073,733,5 cmJJ xx 4 33 21 74,1041,1033,0 12 5.1 12 1.4 cmJJJJ yyyy 2 3 2 3 5,061,15 12 1.5 61,134 12 4.1 xJ . Raio de Giração cmi A J i x x x 47,1 9 64,19 cmi A J i y y y 09,1 9 74,10 . Raio de Giração cmi AJ i x x x 47,1 9 64,19 cmi A J i y y y 09,1 9 74,10 Módulos de Resistência 379,5 61,15 64,19 cmW y J W x máx x x 33,4 5,2 74,10 cmW x J W y máx y y Determinar momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos baricêntricos x e y no perfil I representado na figura. . Determinar momento de inércia, raio de giração e módulo de resistência, relativos aos baricêntricos x e y no perfil I representado na figura. O perfil é simétrico em relação aos eixos x e y: . cmug 2 2 4 cmvg 5,3 2 7 SOLUÇÃO . Momento de Inércia: 4 3 2 3 2 2 111 07,8341,103633,02 12 5.1 3.4 12 1.4 22 cmJJJyAJJ xxxxx . Momento de Inércia: 4 3 2 3 2 2 111 07,8341,103633,02 12 5.1 3.4 12 1.4 22 cmJJJyAJJ xxxxx 4 33 21 09,1142,067,10 12 1.5 12 4.1 22 cmJJJJJ yyyyy . Momento de Inércia: 4 3 2 3 2 2 111 07,8341,103633,02 12 5.1 3.4 12 1.4 22 cmJJJyAJJ xxxxx 4 33 21 09,1142,067,10 12 1.5 12 4.1 22 cmJJJJJ yyyyy Raio de Giração: A J i xx 2321 13454 cmAAAA cmii xx 53,2 13 07,83 . Momento de Inércia: 4 3 2 3 2 2 111 07,8341,103633,02 12 5.1 3.4 12 1.4 22 cmJJJyAJJ xxxxx 4 33 21 09,1142,067,10 12 1.5 12 4.1 22 cmJJJJJ yyyyy Raio de Giração: A J i xx 2321 13454 cmAAAA cmii xx 53,2 13 07,83 cmi A J i y y y 92,0 13 09,11 . Módulo de Resistência cm h ymáx 5,3 2 7 2 cm b xmáx 2 2 4 2 . Módulo de Resistência cm h ymáx 5,3 2 7 2 cm b xmáx 2 2 4 2 371,23 5,3 07,83 cmW y J W x máx x x 35,5 2 09,11 cmW x J W y máx y y Determinar momento de inércia, o raio de giração e o módulo de resistência, relativos ao eixo baricêntrico x do conjunto representado na figura. . . Como o eixo é de simetria o eixo esta localizado na metade da altura do conjunto. cmyg 62,81 2 24,15 SOLUÇÃO . Como o eixo é de simetria o eixo esta localizado na metade da altura do conjunto. cmyg 62,81 2 24,15 Momento de Inércia Como as chapas possuem as mesmas dimensões: 22111 22 xxx JyAJJ SOLUÇÃO 472,4088 cmJ x 724.25,062,820 12 1.20 2 2 3 xJ . Raio de Giração 2 21 4,897,24.220.222 cmAAA cmi A J i x x x 77,6 4,89 72,4088 . Módulo de Resistência Raio de Giração 2 21 4,897,24.220.222 cmAAA cmi A J i x x x 77,6 4,89 72,4088 332,474 62,8 72,4088 cmW y J W x máx x x
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