Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia Estática - 12ª Edição - Russel C. Hibbeler- Ed: 12º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 33
33. O cabo de reboque exerce uma força na extremidade da lança do guindaste de de comprimento. Se , determine a posição do gancho em A para que essa força crie um momento máximo em relação ao ponto O. Qual é esse momento?
Passo 1
Primeiro uma coisa temos que ter em mente para o momento ser máximo, o ângulo entre OB e BA tem que ser , então temos que ajeitar de forma que isso aconteça.
Uma coisa que devemos fazer é descobrir o seguinte ângulo quando temos o de .
O ângulo inferior (vamos chamar de que está marcado é o que queremos saber e que é igual ao superior.
Passo 2
Considerando OB perpendicular à BA temos o que o momento é máximo como foi dito e logo:
Mas isso não conseguimos daí.
Para achar devemos notar que como o eixo de rotação tem uma certa altura acima do chão então tanto a componente tanto a componente da força tem papeis no valor do momento.
Então o momento total no caso OB perpendicular à BA também pode ser calculado somando os momentos referentes a cada componente da força. Podemos chamar a força da componente de e a componente de . Pode ficar mais claro de ver isso na figura a seguir:
Então pelo princípio dos momentos podemos calcular o momento total, somando o momento em relação a que é vezes o seu braço de momento perpendicular a ele que aí no caso é com o momento em relação a que é vezes seu braço de momento perpendicular a ele que é .
Um esclarecimento o braço de momento é a distância do eixo até o ponto de aplicação da força, nesse caso o braço de momento tem duas componentes, uma em que vale e uma em que vale .
Passo 3
Vamos calcular o momento total mais uma vez, mas dessa nova forma.
Primeiro o mento de :
O sinal representa que essa força faz o eixo rodar no sentido horário.
Agora o momento de
Logo o momento total é:
Mas como tínhamos calculado antes, essa expressão acima tem que ser
Assim:
Passo 4
Agora que sabemos quanto vale e sabemos que o ângulo entre OB e BA é igual a para o momento ser máximo, então pela propriedade dos triângulos de que a soma dos ângulos internos ser igual , temos:
Resposta
Assim o tem que ser igual para que o momento seja máximo.
O momento máximo é igual a