Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 6.6 - Ex. 124
Cada uma das barras articuladas possui uma massa por unidade de comprimento, e o conjunto está suspenso em , no plano vertical. Se as barras são liberadas a partir do repouso com praticamente nulo, determine a velocidade angular comum a todas as barras quando , , e se juntam.
Passo 1
Quando o ângulo é praticamente nulo, podemos imaginar todo o sistema “empilhado” em uma única reta.
Nesse caso, os pontos e estarão um por cima do outro, e o mesmo vale para o par e o par , . Portanto o centro de massa do sistema estará na altura do ponto fixo .
Mais tarde, depois que o sistema já foi liberado e o ângulo é próximo de , os mesmos pares estarão sobrepostos novamente. Nesse caso, o centro de massa do sistema estarã na metade do comprimento dessa barra:
Se colocarmos o “zero” da nossa energia potencial na altura do ponto , podemos dizer que a variação da energia potencial do sistema foi:
E a massa pode ser calculada em função da densidade por unidade de comprimento:
Então:
Passo 2
Agora vamos encontrar uma expressão semelhante para a energia cinética do conjunto.
O momento de inércia de cada uma dessas barras de comprimento em relação a um eixo preso à uma extremidade é:
Então, como todas adquirem a mesma velocidade angular , a energia cinética do sistema é:
Passo 3
Agora é só aplicar a lei de conservação de energia:
Dividindo tudo por :
Resposta
A velocidade angular comum a todas as barras será .