Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 7.11 - Ex. 100
100. O ventilador para uma aplicação especial é montado conforme mostrado. O rotor do motor, o eixo e as pás têm uma massa combinada de com raio de giração de . A posição axial do bloco de pode ser ajustada. Com o ventilador desligado, a unidade é balanceada em relação ao eixo , quando . O motor e a hélice operam a no sentido indicado. Determine o valor de que produzirá uma precessão estacionária de em relação ao eixo no sentido positivo.
Passo 1
Primeiro, vamos montar o esquema do ventilador como um ponto material:
Já foi dado no enunciado que o sentido da precessão será o sentido positivo do eixo . Como também sabemos que o eixo do giro fica no eixo , logo temos que o momento vai ficar no eixo .
Passo 2
Agora, vamos calcular o valor de . Para isso, precisaremos da formulinha abaixo:
Onde é o momento causado pelo peso do bloco , I é o momento de inércia do conjunto, é a precessão e a velocidade de giro.
Para começar, vamos calcular o momento de inércia. Sabemos que o raio de giração dado pela fórmula:
Mas como já temos e que foram dados pelo enunciado:
Agora, temos que achar a velocidade angular. Só que como ela foi dada em , devemos transformá-la em pela fórmula:
Onde é a frequência. Assim, devemos dividir o valor dado por para mudar de minutos para segundo:
E por fim, para achar o momento causado pelo peso do bloco e distância , temos:
Onde a distância será , pois é a distância em que o ventilador fica balanceado com ele desligado.
Resposta
O valor de para que haja uma precessão estacionária de é de: