Enunciado

O cabo entre as duas torres de transmissão de energia elétrica tem 2 000   m de comprimento. As extremidades do cabo estão presas a uma tensão P (Figura 8.24). A densidade do material do cabo é 8 890   k g / m 3 . Determine a área da seção transversal e a tensão inicial do cabo necessárias, caso seja exigido que as primeiras quatro frequências naturais estejam entre 0 e 20   H z .

Passo 1

E aí, galerinha!

Bom! Bora lá!

Temos os seguintes dados...

C o m p r i m e n t o   d o   c a b o :     l = 2   m

D e n s i d a d e   d o   c a b o : ρ = 8890   k g / m 3

Agora se liga na fórmula abaixo para a frequência harmônica em um modo n qualquer...

ω n = n c π l

Passo 2

Pois muito bem! Tá lgd que a fórmula da velocidade de propagação de onda em um cabo ou corda, é dada por...

c = P ρ

Substituindo isso na fórmula do ω n lá do P a s s o   1 que a gente colocou, chegamos à...

ω n = n π l P ρ

Passo 3

Bom! O que a gente quer é que a frequência fique na seguinte faixa abaixo...

0   H z ≤ ω n ≤ 20   H z

Passando pra r a d / s ...

0   r a d / s ≤ ω n ≤ 20 ⋅ 2 π   r a d / s

Como estamos considerando quatro frequência naturais, isto é...

n = 0,1 , 2,3 , 4

Vamos então, pegar o quarto modo, que é o valor máximo possível para n . Nesse caso, queremos que...

ω 4 ≤ 40 π   r a d / s

Dessa forma, ficamos com...

4 π l P ρ ≤ 40 π

Substituindo os valores numéricos...

4 π 2 P 8890 ≤ 40 π

2 π P 8890 ≤ 40 π

P 8890 ≤ 20

P ≤ 3556000   N

Isso quer dizer, que se por exemplo (O enunciado não fala nada, tá ok!) o nosso material fosse aço com uma tensão admissível de σ = 300   M P a

E a nossa seção transversal fosse um círculo com 0,1   m   de diâmetro e portanto uma área de...

A = π ⋅ 0,1   m 2 4 = 7,854 ⋅ 10 - 4   m 2

A força admissível seria dada por...

σ = P A

P = σ A

P = 300 ⋅ 10 6 ⋅ ( 7,854 ⋅ 10 - 4   m 2 )

P = 2356200   N

Que no final das contas é menor do que o valor que a gente achou pra ω n ≤ 20   H z . E portanto, a nossa estimativa é satisfatória!

Lembrando que é só uma estimativa! O enunciado não nos deu nada!

Então a gente não tem nada a perder!

Mas deu bom! Sucesso!

Resposta

A = 7,854 ⋅ 10 - 4   m 2

P = 2356200   N

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