Enunciado

O apoio axial está sujeito a uma distribuição de pressão parabólica em sua superfície de contato. Se o coeficiente de atrito estático é μ k , determine o torque M necessário para superar o atrito e girar o eixo se ele suporta uma força axial P .

Passo 1

E aí Pessoal, tudo bem? Vamos dar início a mais uma questão juntos!

Temos que calcular o torque M necessário para superar o atrito.

Como nesse caso o eixo está suportando a uma distribuição de pressão, temos que determinar a fórmula para o cálculo do momento, assim como foi feito na seção 8.6.

Então, vamos aos cálculos! O eixo está sujeito a uma força:

d F = μ k d N = μ k p d A = μ k p 0 1 - r 2 R 2 d A

O momento será dado por:

M = ∫ A r d F = ∫ A r μ k p 0 1 - r 2 R 2 d A = ∫ 0 2 π ∫ 0 R r μ k p 0 1 - r 2 R 2 r d r d θ

M = μ k p 0 ∫ 0 2 π ∫ 0 R r 2 - r 4 R 2 d r d θ

M = μ k p 0 ∫ 0 2 π R 3 3 - R 3 5 d θ

M = 4 π μ k p 0 R 3 15

E assim chegamos à relação para o torque M .

Passo 2

Mas calma! Ainda não terminamos a questão! Para a finalizarmos a questão temos que expressar a pressão p 0 em termos de P . Para isto, basta integrarmos a força d N que explicitamos no Passo anterior.

Portanto,

P = ∫ A d N = ∫ A p d A = ∫ 0 2 π ∫ 0 R p 0 r - r 3 R 2 r d r d θ

P = p 0 ∫ 0 2 π R 2 2 - R 2 4 d θ

P = π p 0 R 2 2 ⟹ p 0 = 2 P π R 2

E para finalizarmos, basta substituir p 0 na relação do torque M .

M = 4 π μ k R 3 15 2 P π R 2

M = 8 μ k P R 15

E assim finalizarmos a questão!

Resposta

M = 8 μ k P R 15

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