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CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Universidade Federal do Recôncavo da Bahia UFRB Bacharelado em Ciências Exatas e Tecnológicas BCET Disciplina: CET100: Mecânica dos Sólidos I Turma: T01 Trabalho N o 3 Capitulo 6: Equilíbrio de Corpos Rígidos Professor: Eng. Dr. Abdon Tapia Tadeo Grupo 5 Alunos: 1. Ádila Michele Santos 2. Bruna Thaís dos Santos Badaró Cruz das Almas 29 de Novembro de 2014. CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.156.- Para a estrutura e o carregamento mostrados na figura, determine a força que atua no elemento ABC (a) em B e (b) em C. Dados .- Força em A: 200 N .- Distância AB, BJ JC: 120 mm .- Distância CD: 90 mm Determinar: .- Força em B = ? .- Força em C = ? Solução .- Diagrama a) Do triângulo, temos: sin 𝛼 = 4 5 ; cos 𝛼 = 3 5 Das condições de equilibrio: .- +↺ ∑𝑀𝑐 = 0 𝑟𝐶𝐵 × 𝐹𝐵 + 𝑟𝐶𝐴 × 𝐹𝐴 = 0 (0,24 î) × ((−𝐹𝐵𝐷 . 4 5 ) î + (𝐹𝐵𝐷 . 3 5 ) 𝑗) + (−0,24 î − 0,9𝑗) × (200î) = 0 – 0,24 . 𝐹𝐵𝐷 . 3 5 𝑘 + 0,09 . 200𝑘 = 0 −0,24 . ( 3 5 ) . 𝐹𝐵𝐷 = −0,09 . 200 𝐹𝐵𝐷 = 12,50 𝑁 b).- Das condições de equilibrio: + → ∑F = 0 𝐹𝐴 + 𝐹𝐵 + 𝐶 = 0 Em î: 200– 100 − 𝐶𝑥 = 0 𝐶𝑥 = 100𝑁 Em j: 75 − 𝐶𝑦 = 0 𝐶𝑦 = 75𝑁 Logo: 𝐶 = 100î + 75𝑗 𝐶 = 125 𝑁 CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.157.- Determine a força em cada elemento da treliça mostrada na figura. Indique se cada membro está sob tração ou sob compressão. Dados .- Força em A: 50 × 10³ 𝑁 .- Distância AB, BD, DF, FH: 2,4 m .- Altura: 2,7 m Determinar: .- Força em cada elemento da treliça = ? Solução .- Diagrama .- Das condições de equilibrio: + → ∑F𝑥 = 0 𝐹𝐴 + 𝐺 + 𝐻 = 0 (−54𝑗) + (𝐺𝑦𝑗) + 𝐻𝑥î + 𝐻𝑦𝑗 = 0 Em î: 𝐻𝑥 = 0 Em j: – 54 + 6𝑦 − 𝐻𝑦 = 0 6𝑦 − 𝐻𝑦 = 54 (Eq. I) +↺ ∑𝑀𝐻 = 0 𝑟𝐻𝐴 × 𝐹𝐴 + 𝑟𝐻𝐺 × 𝐺 = 0 (−9,6î) × (−54𝑗) + (−2,4î − 2,7𝑗) × (𝐺𝑦𝑗) = 0 518,4𝑘– 24,6𝑘 = 0 Em k: 𝐺𝑦 = 518,4 2,4 𝐺𝑦 = 216 𝑁 (Eq. II) Substituindo II em I: 𝐻𝑦 = 𝐺𝑦 − 54 𝐻𝑦 = 216 − 54 𝐻𝑦 = 162 𝑁 54 3 = 𝐹𝐴𝐵 8 = 𝐹𝐴𝐶 √73 .- Para 𝐹𝐴𝐵: 54 3 = 𝐹𝐴𝐵 8 𝐹𝐴𝐵 = 144 𝑘𝑁 (Tração) .- Para 𝐹𝐴𝐶: 54 3 = 𝐹𝐴𝐶 √73 𝐹𝐴𝐶 = 153,8 𝑘𝑁 (Compressão) + → ∑F𝑥 = 0 8 √73 . 4√73 − 8 √145 . 𝐹𝐺𝐻 = 0 𝐹𝐺𝐻 = 4√145 𝑘𝑁 (Compressão) Por inspeção do ponto C: 𝐹𝐵𝐶 = 0 𝐹𝐶𝐸 = 152,13 𝑘𝑁 (Compressão) Por inspeção do ponto B: 𝐹𝐵𝐸 = 0 𝐹𝐵𝐷 = 142,34 𝑘𝑁 (Tração) Por inspeção do ponto E: 𝐹𝐷𝐸 = 0 𝐹𝐸𝐺 = 152,13 𝑘𝑁 (Compressão) Por inspeção do ponto D: 𝐹𝐷𝐺 = 0 CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) 𝐹𝐷𝐹 = 142,34 𝑘𝑁 (Tração) Por inspeção do ponto F: 𝐹𝐹𝐺 = 0 𝐹𝐹𝐻 = 142,34 𝑘𝑁 (Tração) CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.158.- A tenaz mostrada na figura é usada para aplicar uma força total para cima de 45 kN em um tampão de tubulação. Determine as forças exercidas em D e F na garra ADF. Dados .- dAB = 110 mm = 0,11 m .- dBD = 85 mm = 0,085 m .- dDF = 75 mm = 0,075 m .- dEF = 90 mm = 0,090 m .- dAC = 25 mm = 0,025 m .- dDB = 25 mm = 0,025 m Determinar: .- Força em D = ? .- Força em F = ? Solução .- Diagrama Pela simetría da figura A = B = 22,5 kN. Pela primeira condição de equilíbrio: ∑ M𝐹 = 0 𝑟𝐹𝐷 × 𝐹𝐷 + 𝑟𝐹𝐵 × 𝐹𝐵 = 0 (−15î + 75j) × (−𝐹𝐸𝐷î) + (−100î + 160j) × (22,5j) = 0 75𝐹𝐸𝐷𝑘 − 2250𝑘 = 0 Em k: 𝐹𝐸𝐷 = 2250 75 𝐹𝐸𝐷 = 30 𝑘𝑁 Da segunda condição de equilíbrio: + → ∑F𝑥 = 0 𝐹𝑥î − 𝐹𝐶𝐷î + 𝐹𝐴𝑗 + 𝐹𝑦 = 0 Em î: 𝐹𝑥 = 𝐹𝐶𝐷 𝐹𝑥 = 30 𝑘𝑁 Em j: 𝐹𝐴 − 𝐹𝑦 = 0 𝐹𝐴 = 𝐹𝑦 𝐹𝑦 = 22,5 𝑘𝑁 𝐹 = (30î + 22,5𝑗) 𝑘𝑁 𝐹 = 37,5 𝑘𝑁 CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.159.- Uma treliça de telhado de estádio é carregada tal como mostra a figura. Determine a força nos elementos BC, BH E GH. Dados .- Força em A e D: 4,05 kN .- Força em B e C: 8,1 kN .- Distância FG: 3,6 m .- Distância GH e HD: 4,2 m .- Distância FA: 2,7 m .- Altura KE: 9,45 m .- Distância KE e EL: 2,4 m .- Distância LJ: 4,725 m Determinar: .- Força nos elementos BC, BH e GH = ? Solução .- Diagrama +↺ ∑ M𝐵 = 0 𝑟𝐵𝐶 × 𝐹𝐶 + 𝑟𝐵𝐷 × 𝐹𝐷 + 𝑟𝐵𝐻 × 𝐹𝐺𝐻 = 0 (1,83 𝑚)𝐹𝐺𝐻 − (4,2 𝑚)(8,1 𝑘𝑁) − (8,4 𝑚)(4,05 𝑘𝑁) = 0 𝐹𝐺𝐻 = 37,18 𝑘𝑁 (Compressão) +↺ ∑ M𝐻 = 0 (0,91 𝑚) ( 40 41 𝐹𝐵𝐶) − (4,2 𝑚)(4,05 𝑘𝑁) = 0 𝐹𝐵𝐶 = 18, 24 𝑘𝑁 (Tração) +↑ ∑ 𝐹𝑦 = 0 ( 9 41 𝐹𝐵𝐶) − (8,1 𝑘𝑁) − (4,05 𝑘𝑁) + ( 9 21 𝐹𝐵𝐻) = 0 𝐹𝐵𝐻 = 19,53 𝑘𝑁 (Tração) CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.160.- Uma treliça de telhado de estádio é carregada tal como mostra a figura. Determine a força nos elementos EJ, FJ e GH. Dados .- Força em A e D: 4,05 kN .- Força em B e C: 8,1 kN .- Distância FG: 3,6 m .- Distância GH e HD: 4,2 m .- Distância FA: 2,7 m .- Altura KE: 9,45 m .- Distância KE e EL: 2,4 m .- Distância LJ: 4,725 m Determinar: .- Força nos elementos EJ, FJ e GH.= ? Solução .- Diagrama ∑ 𝑀𝐾 = 0 (4,8 𝑚)(𝐿𝑦 − 4,05 𝑘𝑁) − (8,53 𝑚)(8,1 𝑘𝑁) − (12,8 𝑚)(8,1 𝑘𝑁) − (17,07 𝑚)(4,05 𝑘𝑁) = 0 𝐿𝑦 = 53,05 𝑘𝑁 ∑ 𝑀𝐸 = 0 (2,44 𝑚)(53,05 𝑘𝑁 − 4,05 𝑘𝑁) − (6,1 𝑚)(8,1 𝑘𝑁) − (14,63 𝑚)(8,1 𝑘𝑁) − (10,36 𝑚)(8,1 𝑘𝑁) − (14,63 𝑚)(4,05 𝑘𝑁) + (9,45 𝑚)(𝐿𝑥) = 0 𝐿𝑥 = 7,37 𝑘𝑁 + → ∑F𝑥 = 0 ( −8 32 𝐹𝐼𝐿) + (7,37 𝑘𝑁) = 0 𝐹𝐼𝐿 = 29,95 𝑘𝑁 +↑ ∑ 𝐹𝑦 = 0 31,25 32,5 (29,95 𝑘𝑁) + (53,05 𝑘𝑁) − 𝐹𝐽𝐿 = 0 𝐹𝐽𝐿 = 82,07 𝑘𝑁 𝐹𝐼𝐽 = 0 e 𝐹𝐸𝐼 = 𝐹𝐼𝐿 = 29,94 𝑘𝑁 (Tração) 𝐹𝐹𝐽 = 𝐹𝐽𝐿 = 82,07 𝑘𝑁 (Compressão) CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.161.- Para a estrutura e o carregamento mostrados na figura, determine os componentes das forças que atuam sobre o elemento DABC em B e em D. Dados .- Distância AD, DG: 0,5 m .- Distância GH: 0,6 m .- Distância HE: 0,2 m .- Distância EF: 0,4 m .- Força em F: 6 kN .- Força em C: 12 kN Determinar:.- Força em B e D = ? Solução .- Diagrama +↺ 𝑀𝐺 = 0 𝑟𝐵𝐺 × 𝐹𝐵 + 𝑟𝐺𝐸 × 𝐹𝐹 + 𝑟𝐺𝐻 × 𝐹𝐻 = 0 (1,2 î + 1𝑗) × (12 î) + (1,2 î + 0,5 𝑗) × (6 î) + (0,6 î) × (𝐻𝑦 𝑗) = 0 −12 𝑘 − 3 𝑘 + 0,6𝐻𝑦 𝑘 = 0 Em k: 0,6𝐻𝑦 = 15 𝐻𝑦 = 15 0,6 𝐻𝑦 = 25 𝑘𝑁 +↺ 𝑀𝐸 = 0 𝑟𝐸𝐵 × 𝐹𝐵 + 𝑟𝐸𝐻 × 𝐹𝐻 = 0 (0,5 𝑗) × (−𝐵𝑥 î − 𝐵𝑦𝑗) + (−0,2 î − 0,5 𝑗) × (𝐻𝑦 𝑗) = 0 0,5𝐵𝑥 = 0,2𝐻𝑦 0,5𝐵𝑥 = (0,2)(25) 𝐵𝑥 = 10 𝑘𝑁 + → ∑F𝑥 = 0 𝐷 + 𝐵 + 𝐹𝐶 = 0 (−𝐷𝑥 î − 𝐷𝑦𝑗) + (𝐵𝑥 î + 𝐵𝑦𝑗) + (12 î) = 0 Em î: −𝐷𝑥 + 𝐵𝑥 + 12 = 0 −𝐷𝑥 + 10 + 12 = 0 𝐷𝑥 = 22 𝑘𝑁 Em j: −𝐷𝑦 + 𝐵𝑦 = 0 𝐵𝑦 = 𝐷𝑦 +↺ 𝑀𝐵 = 0 𝑟𝐵𝐷 × 𝐹𝐷 + 𝑟𝐵𝐶 × 𝐹𝐶 = 0 (−0,8 î − 0,5 𝑗) × (−𝐷𝑥 î − 𝐷𝑦 𝑗) + (0,4 î) × (12 î) = 0 0,8𝐷𝑦 𝑘 − 0,5𝐷𝑥 𝑘) = 0 Em k: 0,8𝐷𝑦 = 0,5𝐷𝑥 𝐷𝑦 = 0,5 0,8 𝐷𝑥 𝐷𝑦 = 13,75 𝑘𝑁 ⇒ 𝐵𝑦 = 𝐷𝑦 = 13,75 𝑘𝑁 CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.162.-. Usando o método dos nós, determine a força em cada elemento da treliça mostrada na figura. Determine se cada elemento está sob tração ou sob compressão. Dados: .- Força em A e C: 8,4 kN .- Distância AC e BD: 4,5 m .- Distância BC: 2,8 m Determinar: .- A força em cada elemento da treliça = ? Solução: - Diagrama Em A: 𝐻 = √4,5² + 2,8² 𝐻 = √28,09 𝐻 = 5,3 8,4 2,8 = 𝐹𝐴𝐶 4,5 = 𝐹𝐴𝐵 5,3 𝐹𝐴𝐵 = 15,9 𝑘𝑁 (Compressão) 𝐹𝐴𝐶 = 13,50 𝑘𝑁 (Tração) Em C: + → ∑F = 0 Em î: F𝐵𝐶 − 8,4 − F𝐶𝐷(cos 𝛼) = 0 Em j: F𝐴𝐶 − F𝐶𝐷(sin 𝛼) = 0 F𝐴𝐶 = F𝐶𝐷 ( 4,5 5,3 ) Como F𝐴𝐶 = 13,5 𝑘𝑁 F𝐶𝐷 = 13,5.5,3 4,5 Em D: + → ∑F = 0 − D𝑥 − F𝐵𝐷j + F𝐵𝐷. cos 𝛼 î + F𝐵𝐷. sin 𝛼 j = 0 Em î: − D𝑥 + F𝐵𝐷. cos 𝛼 = 0 D𝑥 = F𝐵𝐷. cos 𝛼 Em j: −F𝐶𝐷 + F𝐵𝐷 sin 𝛼 = 0 F𝐵𝐷 = F𝐶𝐷 sin 𝛼 F𝐵𝐷 = 15,9. 4,5 5,3 F𝐵𝐷 = 13,5 𝑘𝑁 (Compressão) CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.163- Para a estrutura e o carregamento mostrados na figura,, determine os componentes das forças que atuam sobre o elemento CFE em C e em F. Dados: 𝐹𝐸 = 180𝑁 Solução: - Diagramas: Condição de equilíbrio: ∑ 𝑀𝐷 = 0 ∶ 32,5(180) − 25𝐴𝑋 = 0 𝐴𝑋 = 234 𝑁 ∑ 𝑀𝐵 = 0 ∶ 10(𝐹𝑋) − 15.234 = 0 𝐹𝑋 = 351 𝑁 ∑ 𝑀𝐶 = 0 ∶ 22,5(180) − 10𝐹𝑌 − 10(351) = 0 𝐹𝑌 = 54 𝑁 ∑ 𝐹𝑥 = 0 ∶ 𝐶𝑥 − 𝐹𝑥 = 0 𝐶𝑥 = 351 𝑁 ∑ 𝐹𝑦 = 0 ∶ −180 + 𝐶𝑦 + 𝐹𝑦 = 0 𝐶𝑦 = 126 𝑁 CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.164.- Uma treliça de telhado tipo Mansard é carregada tal como mostra a figura. Determine a força nos elementos DF, DG e EG. Dados: 𝑃 = 1,2𝑘𝑁 Solução: - Diagramas: Condição de equlibrio: ∑ 𝐹𝑋 = 0 ∶ 𝐴𝑋 = 0 Por simetria, temos que: 𝐴𝑦 = 𝐿𝑦= 5𝑃 2 = 3𝑘𝑁 ∑ 𝑀𝐷 = 0 ∶ 3(𝐹𝐸𝐺) + 4(1,2) − 6,25(3) = 0 𝐹𝐸𝐺 = 4,56𝑘𝑁 ∑ 𝐹𝑦 = 0 ∶ 3 − 2(1,2) − 3 5 𝐹𝐷𝐺 = 0 𝐹𝐷𝐺 = 1𝑘𝑁 ∑ 𝐹𝑋 = 0 ∶ 𝐹𝐸𝐺 + 4 5 𝐹𝐷𝐺 − 𝐹𝐷𝐹 = 0 𝐹𝐷𝐹 = 4,65 + 4 5 1 = 5,45𝑘𝑁 CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.165- Uma treliça de telhado tipo Mansard é carregada tal como mostra a figura. Determine a força nos elementos GI, HI e HJ. Dados: 𝑃 = 1,2𝑘𝑁 Solução: - Diagramas: Condição de equilíbrio: ∑ 𝐹𝑋 = 0 ∶ 𝐴𝑋 = 0 Por simetria, temos que: 𝐴𝑦 = 𝐿𝑦= 5𝑃 2 = 3𝑘𝑁 ∑ 𝑀𝐼 = 0 ∶ 6,25(3) − 4(1,2) − 3𝐹𝐻𝐽 = 0 𝐹𝐻𝐽 = 4,65𝑘𝑁 ∑ 𝐹𝑋 = 0 ∶ 𝐹𝐻𝐽 − 𝐹𝐺𝐼 = 0 𝐹𝐺𝐼 = 4,65𝑘𝑁 ∑ 𝐹𝑌 = 0 ∶ −𝐹𝐻𝐼 − 1,2 + 3 = 0 𝐹𝐻𝐼 = 1,8 𝑘𝑁 CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.166.- A haste CD é encaixada em um colar em D, que pode se mover ao longo da haste AB, que é curvada em forma de um arco circular. Para a posição 𝜃=30º, determine (a) A força na haste CD e (b) a reação em B. Dados: 𝜃 = 30° Determinar: a).- Força em CD b).- Reação em B Solução: - Diagramas: a) Condição de equilíbrio: ∑ 𝑀𝐶 = 0 ∶ 37,5(90 − 𝐵𝑌) = 0 𝐵𝑌 = 90 𝑁 ∑ 𝐹𝑌 = 0 ∶ −90 + 𝐹𝐶𝐷𝑠𝑒𝑛30° − 90 = 0 𝐹𝐶𝐷 = 360N b) Condição de equilíbrio: ∑ 𝐹𝑋 = 0 ∶ 360𝑐𝑜𝑠30° − 𝐵𝑋 = 0 𝐵𝑋 = 311,8N CET100: Mecânica dos Sólidos I ( Prof. Eng. Dr. Abdon T. T.) Problema 6.167.- Um tronco de madeira que pesa 3600N é levantado por uma tenaz, tal como mostra a figura. Determine as forças exercidas em E e em F na garra DEF. Dados: 𝑃 = 3600 Determinar 𝐹𝐸e 𝐹𝐹 Solução: - Diagramas: Por simetria temos que: 𝐴𝑌 = 𝐵𝑌 = 800𝑁 e 𝐴𝑋 = 𝐵𝑋 = 6 5 800𝑁 = 960 Condição de equilíbrio: ∑ 𝑀𝐹 = 0 ∶ 26,25(800) + 38,75(960) − 30𝐸𝑋 = 0 𝐸𝑋 = 1940 N ∑ 𝐹𝑋 = 0 ∶ −960 + 1940 − 𝐹𝑋 = 0 𝐹𝑋 = 980 N ∑ 𝐹𝑌 = 0 ∶ 800 − 𝐹𝑌 = 0 𝐹𝑌 = 800N
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