Enunciado

Determine as intensidades das forças abdutora , F → a e de contato, F → c , assim como a direção de F → c em relação a vertical. Considere o peso W → p   da perna direita 1 7 do peso total W → e que a perna esquerda não está apoiada. De sua resposta em função do peso total W → .

Como a pessoa está parada, a perna pode ser substituída por uma barra rígida. Escolha de modo conveniente o ponto em relação.

Passo 1

Abaixo está o DCL, com todos as forças esquematizadas, nos seus respectivos pontos de ação:

Considere a barra vermelha como a perna:

L = 18 c m

D = 10 c m

d = 7 c m

F → a =   Força abdutora

F → C =   Força de contato

W → P = Peso da perna

N → = Forca normal (contato com o chão)

W → = Peso da pessoa

Passo 2

Como o corpo está parado, com isso vale as equações de equilíbrio estático.

∑ F → x = 0 ; ∑ F → y = 0 ; ∑ τ o = 0

Vamos deduzir nossas equações de equilíbrio, usando analisando o DCL:

Passo 3

Vamos para as forças em x :

∑ F → x = 0     ⟹         F → c x + F → a x = 0         I

Sabemos que F → c x e F → a x são componente horizontal de F → C   e   F → a :

F → c x = F → C ⋅ cos ⁡ θ

F → a x = F → a ⋅ cos ⁡ 70 °

Subst. em     I :

F → C ⋅ cos ⁡ θ + F → a ⋅ cos ⁡ 70 ° = 0     I I

Passo 4

Em y   temos:

∑ F → y = 0     ⟹         F → c y + F → a y + N → - W → p = 0     ⟹     F → c y + F → a y = W → p - N →       I I I

Semelhante o que fizemos em x   faremos em y , pois F → c y e F → a y são componente vertical de F → C   e   F → a :

F → c y = F → C ⋅ sin ⁡ θ

F → a x = F → a ⋅ sin ⁡ 70 °

Outra informação que sabemos é que W → p = 1 7 W → , e que N → = W →   :

Portanto o lado direito da equação I I I , é dado por:

1 7 W → - W →   = - 6 W → 7 subst. tudo em I I I :

F → C ⋅ sin ⁡ θ + F → a ⋅ sin ⁡ 70 ° = - 6 W → 7         I V

Passo 5

Vamos calcular o torque no ponto A , adotando sentido anti-horário como positivo:

N → ⋅ L - W → p ⋅ D + F → C y ⋅ d = 0       ⟹         N → ⋅ L - W → p ⋅ D - F → C ⋅ d = 0

Como sabemos que, N → = W → , W → p = 1 7 W →   e   F → C y = F → C ⋅ sin ⁡ θ subst. tudo temos:

W → ⋅ L - 1 7 W → ⋅ D + F → C ⋅ sin ⁡ θ ⋅ d = 0     ⟹     Tirando W →   em evidência, temos:

W → ⋅ L - D 7 + F → C ⋅ sin ⁡ θ ⋅ d = 0     ⟹      

Subst. os valores de L ,   D   e   d , fornecidos no enunciado:

W → ⋅ 18 - 8 7 = - F → C ⋅ sin ⁡ θ ⋅ 7       ⟹       118 7 ⋅ W → = - 7 ⋅ F → C ⋅ sin ⁡ θ

- 118 49 ⋅ W → = F → C ⋅ sin ⁡ θ     ⟹         F → C = - 118 W → 49 sin ⁡ θ         V

Subst. V   e m   I V :

Passo 6

- 118 W 49 sin θ   sin θ + F a sin 70 ° = - 6 W 7           - 118 W 49 + F a sin 70 ° = - 6 W 7

F → a ⋅ sin ⁡ 70 ° = - 6 W → 7 + 118 W → 49       ⟹         F → a ⋅ sin ⁡ 70 ° = 76 W → 49

F → a = 76 W → 49 sin ⁡ 70 °     ⟹   Subst. em 2 temos

- 118 W 49 sin θ cos θ + 76 W 49 sin 70 ° cos 70 ° = 0           118 W 49 cot θ = 76 W 49 cot 70 °

118 ⋅ cot ⁡ θ = 76 ⋅ cot ⁡ 70 °       ⟹       Dividindo os dois lados por 118, temos:

Cot ⁡ θ = 38 59 ⋅ cot ⁡ 70 °       ⟹     fazendo o inverso dos dois lados temos:

tan ⁡ θ = 59 38 ⋅ 1 cot ⁡ 70 °     ⟹       Como tan ⁡ θ = 1 cot ⁡ θ   , subst. temos:

tan ⁡ θ = 59 38 ⋅ tan ⁡ 70 °     ⟹         θ = arctan ⁡ 59 tan ⁡ 70 ° 38

θ ≅ arctan ⁡ 4,266       ⟹         θ ≅ 76,81 °

Resposta

F → a = 76 W → 49 sin ⁡ 70 °    

F → C = - 118 W → 49 sin ⁡ θ

θ ≅ 7 6,81 °

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