Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - J. L. Meriam - Estática - Mecânica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 2.Problemas - Ex. 192
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
Devamos 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 , e percorre um círculo de raio 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
Sendo assim, seu módulo fica sendo
Trabalhando com o que temos dentro da raíz vamos encontrar
Assim, nosso vetor unitário passa a ser
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 . 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 força
E conseguimos calcular o momento causado em
Resolvendo o produto vetorial ficamos com
Passo 6
Agora, mostramos os gráficos das componentes e de
Podemos perceber que os máximos dos módulos das componentes e ocorrem em e , onde e .
Resposta
em e , onde e .