Enunciado

102- Uma força de 100 N, que faz um ângulo θ para cima com um piso horizontal, é aplicada a uma cadeira de 25,0 kg em repouso no piso. Se θ = 0°, determine (a) a componente horizontal F h da força aplicada e (b) o módulo F N da força normal exercida pelo piso sobre a cadeira. Se θ = 30,0°, determine (c) F h e (d) F N . Se θ = 60,0°, determine (e) F h e (f) F N . Suponha que o coeficiente de atrito estático entre a cadeira e o piso é 0,420. A cadeira escorrega ou permanece em repouso se θ é (g) 0°, (h) 30,0° e (i) 60,0°?

Passo 1

Tratando a cadeira como um bloco temos o seguinte sistema de forças.

Já que nesse caso é um piso horizontal.

Fazendo a somatória das forças verticais, adotando positivo como o norte, temos:

F N + 100 sin ⁡ θ = 25 × 9.81  

Onde temos que espelhar a força de 100   N na vertical.

Isolando N 1 :

F N = 245.25 - 100 sin ⁡ θ

Fazendo a resultante das forças horizontais temos:

F h = 100 cos ⁡ θ

Passo 2

Vamos aos enunciados. As letras a e b pedem F h e F N quando θ = 0 , então:

a)

F h = 100 cos ⁡ 0 = 100   N

b)

F N = 245.25 - 100 sin ⁡ 0 = 245.25   N

As letras c e d a mesma coisa mas pra θ = 30 ° .

c)

F h = 100 cos ⁡ 30 = 86.6   N

d)

F N = 245.25 - 100 sin ⁡ 30 = 195.25   N

Finalmente as letras e e f pedem a mesma coisa só que para θ = 60 ° .

e)

F h = 100 cos ⁡ 60 = 50   N

f)

F N = 245.25 - 100 sin ⁡ 60 = 158.48   N

Passo 3

Agora a condição para saber se há escorregamento ou não basta saber se:

F h > f a t

F h > μ F N

Onde o coeficiente de atrito μ vale 0.420

g)

Para θ = 0 :

( 100 cos ⁡ 0 ) > 0.42 ( 245.25 - 100 sin ⁡ 0 )

Como 100 não é maior que 103 , logo a cadeira não se locomove (ou não escorrega, ou está em repouso).

h) Para θ = 30

( 100 cos ⁡ 30 ) > 0.42 ( 245.25 - 100 sin ⁡ 30 )

86 . 6 > 82

Como a afirmação é verdadeira então pode se dizer que a cadeira movimenta.

i)Para θ = 60 :

( 100 cos ⁡ 60 ) > 0.42 ( 245.25 - 100 sin ⁡ 60 )

50 > 66.63

Como a afirmação é falsa, logo para esse ângulo a cadeira está em repouso.

Resposta

a ) F h = 100   N

b )   F N = 245.25   N

c )   F h = 86.6   N

d )   F N = 195.25   N

e )   F h = 50   N

f )   F N = 158.48   N

g )   r e p o u s o

h )   m o v i m e n t a

i )   r e p o s u o

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