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Resistencia dos Materiais – Prof. Lyvio edulyvio@gmail.com Página 1 Introdução aos conceitos da Mecânica Geral 1 – RESULTANTE DE UM SISTEMA DE FORÇAS Quando é necessário obter a resultante de um sistema com duas ou mais forças, determinamos os componentes de eixos especificados, geralmente x e y no plano cartesiano, posteriormente adicionamos algebricamente esses componentes, gerando a resultante do sistema. Neste caso, o vetor resultante será: Usando a notação escalar, uma vez que x é positivo para a direita e y 1 2 3 1 2 3 ( ) ( ) Rx x x x Ry y y x F F F F F F F F Os resultados são os mesmos que os componentes i e j de FR determinado anteriormente. Em geral, os componentes x e y da resultante de qualquer numero de forças coplanares podem ser representados simbolicamente pela soma algébrica dos componentes x e y de todas as forças, ou seja: Rx x Ry y F F F F Pelo desenho esquemático ao lado, a intensidade de FR é determinado pelo teorema de Pitágoras, isto é: 2 2 R Rx RyF F F Além disso, o ângulo de direção , que especifica a orientação da força, é determinado trigonometricamente: 1tg Rx Ry F F Resistencia dos Materiais – Prof. Lyvio edulyvio@gmail.com Página 2 Problemas Fundamentais: 1) Determine a intensidade da força resultante e sua direção, medida no sentido anti-horario a partir do eixo x positivo. 2) Determine a intensidade da força resultante e sua direção, medida no sentido anti-horario a partir do eixo x positivo. 3) Na figura ao lado, determine a intensidade e a direção, medida no sentido anti-horario a partir do eiso x, da força resultante das três forças que atuam sobre o anel A. Considere que 1 500 e 20F N 4) Na figura ao lado, determine a intensidade e a direção de 1F , de modo que a força resultante seja orientada verticalmente para cima e tenha intensidade de 800 N. 5) Determine a intensidade da força resultante e sua direção, medida no sentido anti-horario a partir do eixo x positivo. Resistencia dos Materiais – Prof. Lyvio edulyvio@gmail.com Página 3 2 - EQUILIBRIO DE UM PONTO MATERIAL Um ponto material encontra-se em equilíbrio desde que esteja em repouso, se originalmente se achava em repouso, ou tenha velocidade constante, se originalmente estava em movimento. O termo Equilíbrio Estático (ou somente Equilíbrio) é utilizado para descrever um objeto que esteja em repouso. Para manter o estado de equilíbrio, o ponto deve satisfazer a 1ª Lei de Newton (lei da inércia), a qual diz que a força resultante que atua sobre um ponto material deve ser nula. Matematicamente, equivale dizer que 0F . Essa é uma condição não somente necessária mais também suficiente. Uma vez que a 2ª Lei de Newton prevê que F ma , e pela condição de equilíbrio verificada acima, tem-se que 0ma e consequentemente 0a (move-se com velocidade constante ou está em repouso). Diagrama de corpo livre: Esboço que mostra o ponto material “livre” de seu entorno e com todas as forças que atual sobre ele. Conexões encontradas frequentemente nos problemas de equilíbrio do ponto material: a) Molas: O comprimento da mola variará em proporção direta com a força que atua sobre ela. Uma característica que define a “elasticidade” de uma mola é a constante da mola ou rigidez k. A intensidade da força exercida na mola elástica linear que tem rigidez k e está deformada (alongada ou comprimida) de uma distancia s, medida a partir de sua posição sem carga é: F ks Nesse caso, a distância s é definida pela diferença entre o comprimento deformado da mola l e seu comprimento sem deformação 0l , isto é, 0s l l . Se s for positivo, F “puxa” a mola; se negativo, F a “empurra”. b) Cabos e polias: Todos os cabos e polias têm peso desprezível e são indeformáveis. Além disso, o cabo suporta apenas uma tensão ou força de tração, que atua sempre na direção do cabo. Resistencia dos Materiais – Prof. Lyvio edulyvio@gmail.com Página 4 Exemplo: Diagrama de corpo livre. A esfera da figura ao lado tem massa de 6 kg e está apoiada como mostrado. Desenhe o diagrama de corpo livre da esfera, da corda CE e do nó em C. Sistema de forças coplanares: Se um ponto material estiver submetido a um sistema de forças coplanares localizado no plano xy, então cada força poderá ser desdobrada em seus componentes i e j. Para o equilíbrio, podemos escrever: 0 0i jx yF F F Para que essa equação vetorial seja satisfeita, os componentes x e y devem ser nulos. Portanto: 0 0 x y F F Problemas Fundamentais: 1) Determine a tensão nos cabos AB e AD para o equilíbrio do motor de 250 kg mostrado na figura. 2) Se o saco da figura abaixo tiver peso de 20 libras em A, determine o peso dele em B e a força necessária em cada corda para manter o sistema na posição de equilíbrio mostrada. Resistencia dos Materiais – Prof. Lyvio edulyvio@gmail.com Página 5 3) Determine o comprimento da corda AC da figura abaixo, de modo que a luminária de 8 kg seja suspensa na posição mostrada. O comprimento não deformado da mola AB é 0,4ABl m e a mola tem rigidez 300ABk N m . 5) O motor, em B, enrola a corda presa à caixa de 65 libras com velocidade constante. Determine a força na corda CD que suporta a polia e o ângulo para o equilíbrio. Despreze as dimensões da polia em C. 4) Determine a deformação que cada mola da figura deve ter para equilibrar o bloco de 2 kg. As molas encontram-se em posição de equilíbrio. Referência: R. C. Hibbeler – Estática, mecânica para engenheiros.
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