Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Estática Volume 1 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 2.9 - Ex. 155
Ao apertar um parafuso cujo centro está no ponto , uma pessoa exerce, com a mão direita, uma força de no manete da chave de catraca. Além disso, com a mão esquerda exerce uma força de , como mostrado, para manter o soquete na cabeça do parafuso. Determine o sistema força-binário equivalente em . Determine, então, o ponto no plano - pelo qual passa a linha de ação da força resultante do torçor.
Passo 1
Vamos começar calculando a força resultante. Para isso precisamos escrever cada força em forma vetorial:
E então a força resultante é:
Passo 2
Agora queremos calcular o momento em relação ao ponto . Como a linha de ação da força de passa pelo ponto , o momento dela é nulo, e só precisamos nos preocupar com o momento da força de .
Essa força é paralela ao eixo , e sua linha de ação não cruza nenhum dos outros dois eixos, por isso ela vai gerar momento em relação a e .
Em torno do eixo o momento favorece a rotação no sentido horário, e por isso colocamos um sinal negativo:
E o mesmo acontece para a rotação em torno do eixo :
E então o momento total é:
Passo 3
Agora queremos calcular as coordenadas pela qual passa a linha de ação da força resultante do torçor.
Como estamos lidando com um torçor, a equação que vamos usar para descobrir essas coordenadas é a seguinte:
Onde é um vetor momento paralelo à força resultante :
E então vamos precisar encontrar o vetor unitário na direção de :
E o nosso vetor é:
Passo 4
Vamos voltar à nossa equação:
E agora substituimos também a expressão que encontramos para e :
E então podemos escrever algumas equações:
Podemos resolver a primeira para encontrar o valor de :
E vamos substituir a terceira equação na segunda para encontrar o valor de :
Resposta
A força resultante é e o momento total é . As coordenadas devem ser e .