Enunciado

199- A prancha de 3   m mostrada em seção tem uma massa específica de 800   k g / m 3 e bascula em relação ao eixo horizontal através de sua borda superior O . Calcule o ângulo θ assumido pela prancha em relação a horizontal, para o nível de água doce mostrado.

Passo 1

Nesse tipo de questão não estamos muito interessados em saber a força horizontal aplicada na normal da prancha, podemos simplesmente analisar somente com as forças verticais aplicadas na prancha. Isso é a força de reação em O , o empuxo e o peso da prancha. Tal como:

A força W pode ser calculado por:

W = m g = ρ c o r p o V g

Como não temos como calcular vamos dizer que o volume dessa prancha vale 3 A onde A é a área da seção transversal e 3 o comprimento total da prancha. O que nos dá:

W = 800 × 9.81 × 3 A = 23544 A

E o empuxo imposto pelo líquido na prancha.

E = ρ l i q u i d o g V s u b m e r s o

E = 1000 × 9.81 × 2 x A = 19620 x A

Onde 2 x é toda a superfície da prancha que não está em contato com a água. Que pode ser calculado como:

sin ⁡ θ = 1 3 - 2 x

3 - 2 x = 1 sin ⁡ θ

2 x = 3 - 1 sin ⁡ θ

Logo o empuxo pode ser escrito como”

E = 9810 3 - 1 sin ⁡ θ A

Passo 2

Agora podemos calcular a somatória dos momentos em O para encontrar o ângulo θ . Para isso basta rebater a prancha para baixo para sabermos as distâncias horizontais das forças em O .

- W × 1.5 cos ⁡ θ + E × x + 3 - 2 x cos ⁡ θ = 0

1.5 W c o s   θ = 3 - x E c o s   θ

1.5 W = 3 - x E

Substituindo tudo temos:

1.5 × 23544 A = 3 - 3 2 + 1 2 sin ⁡ θ × 9810 3 - 1 sin ⁡ θ A

35316 9810 = 1 2 3 + 1 sin ⁡ θ 3 - 1 sin ⁡ θ

3.6 × 2 = 9 - 1 sin 2 ⁡ θ

1.8 = 1 sin 2 ⁡ θ

sin 2 ⁡ θ = 1 1.8 → θ = 48.2 °

Resposta

θ = 48.2 °

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