Enunciado
Cálculo - Cálculo com Geometria Analítica Volume 1 - 3ª Edição - Louis Leithold- Ed: 3º - Capítulo 6.4 - Ex. 20
Ache a massa total e o centro de massa.
20. Uma barra tem 10 cm e medida da densidade linear em um ponto é uma função linear da medida da distancia ao centro da barra. A densidade linear em cada extremo da barra é 5 g/cm e no centro da barra ela é 3 kg/m.
Passo 1
O primeiro passo e encontrar a densidade, já que uma vez encotrada a função da densidade podemos integra-la para achar a massa total e logo depois o centro de massa.
O exercício nos diz que a densidade é uma função linear, ou seja, ela pode ser esxrita da seguinte forma:
onde é a medida da distância em relação ao começo da barra.
Passo 2
O exercico ainda fornce duas outras informações.
1-a densidade no centro é g/cm ( g/cm). Consideraremos o centro da barra como a posição zero, podemos escrever da seguinte forma: .
2-a densidade no extremo direito é 5 g/cm. Como consideraremos a origem no centro da barra a distanância entre então a posição será metade do comprimento da barra. Podemos escrever então: .
Agora que sabemos essas informações podemos usar um sistems para achar a densidade da barra.
, logo substituindo na segunda equação:
Com isso temos que a densidade dessa barra é escrita da seguinte forma:
Passo 3
Agora para achar a massa total usaremos a seguinte relação:
Onde nessa equação 𝞀 é a densidade do corpo e , nesse caso é metade do comprimento da barra já que adotamos o centro da barra como posição zero. Porem como queremos saber a massa da barra inteira multiplicamos a integral por 2
Com isso temos que a massa total pode ser expressa pela seguinte relação:
Isso é, a massa total vai ser a integral da densidade.
Achamos então a massa total da barra.
Resposta
Para achar o centro de massa usaremos a seguinte relação:
Onde l é metade do comprimento da barra e é a densidade.
Portanto temos a seguinte equação para o centro de massa:
Resposta
Massa total:
Centro de massa: