Enunciado

141- Um cabo pesado, com massa de 12   k g por metro de comprimento, passa sobre os dois tubos presos distantes 300   m entre si, e em um mesmo nível. Uma extremidade sustenta um cilindro de 1600   k g . Experimentalmente determina-se que uma força de 60   k N direcionada para baixo é necessária para induzir escorregamento do cabo sobre ambos os tubos a uma taxa constante. Determine o coeficiente de atrito dinâmico μ k entre o cabo e os tubos, a força trativa máxima T no cabo entre os tubos e a deflexão h no cabo.

Passo 1

O cabo faz um ângulo de abraçamento β desconhecido e que pode ser escrito como:

β = π 2 + θ

π 2 por que as duas forças (a do peso e a força P ) apontam para baixo e θ devido a catenária formada pelo cabo pesado que tem um peso específico igual a:

μ = 12 k g m × 9.81 = 117.72 N m

Passo 2

A força de tração T na extremidade do cabo com a polia pode ser representado da seguinte forma:

Considerando que a força T seja uma força que encontra-se entre os valores de 60   k N e 1600 × 9.81 = 15696   N temos o seguinte sistema para resolver. (equação de trações em uma polia com atrito).

T = 15696 × e μ k β

60000 = T × e μ k β

T 15696 = 60000 T → T = 30.688   k N

Com esse valor de tração conseguimos encontrar μ β , substituindo na primeira equação:

30688 = 15696 × e μ k β

e μ k β = 1.955

Tirando o log neperiano encontramos:

μ k β = 0.67

Passo 3

Agora podemos encontrar a força de tração no meio da corda T 0 pela equação:

T = T o cosh ⁡ μ x T 0

30688 = T 0 cosh ⁡ 117.72 × 150 T 0

Resolvendo numericamente encontramos um valor próximo a:

T 0 = 23.85   k N

Com o valor de T 0 conseguimos encontrar o valor inicial de θ , pela equação:

t g   θ = sinh ⁡ μ x T 0 = sinh ⁡ 117.72 × 150 23.85 × 10 3 = 0.81

θ = t g - 1 0.81 = 39 ° = 0.681   r a d

Então o atrito na polia será de:

0.681 + π 2 × μ k = 0.67

μ k = 0.298

Passo 4

Agora a deflexão h se dará pela equação:

T = T 0 + μ h

Substituindo os valores que conhecemos:

30688 = 23850 + 117.72 × h

h = 58.09   m

Uma baita de uma deflexão!

Resposta

T = 30.688   k N

μ k = 0.298

h = 58.09   m

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