Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Estática Volume 1 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 2.10 - Ex. 183
O braço gira na faixa , e a mola não está esticada quando . Determine, em função de , o momento em torno de causado pela força aplicada pela mola em . Faça um gráfico das três componentes escalares de e calcule o valor máximo absoluto de cada componente.
Passo 1
Devemos obter o momento em torno de causado pela força elástica aplicada no ponto , e para isso precisamos do vetor posição de e do vetor que representa a força elástica em . Para achar a força elástica precisamos do seu módulo e do vetor unitário que indica sua direção.
Passo 2
Primeiro vamos encontrar o vetor posição de . Ele tem uma coordenada fixa em m, e percorre um círculo de raio em com centro no ponto que é projeção de no plano . Podemos então escrever o vetor posição de dessa maneira:
Passo 3
Agora podemos achar o vetor e seu vetor unitário :
Passo 4
Agora que já temos o vetor unitário que representa a direção e sentido da força, precisamos achar o módulo. O módulo da força elástica com uma deformação é . O comprimento normal da mola é em quando a mola está vertical, e é igual a m. O comprimento da mola em função de é dado por
Então a deformação é:
E então o módulo da força elástica será:
Passo 5
Agora já temos o vetor da força:
E conseguimos calcular o momento causado em :
Passo 6
Agora mostramos os gráficos das componentes e de :
Podemos perceber que os máximos dos módulos das componentes e ocorrem em
E , onde temos e