Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 5.3 - Ex. 34
O carretel gira sobre seu cubo subindo o cabo interno enquanto a placa compensadora puxa os cabos externos para baixo. Os três cabos estão firmemente enrolados em torno de suas respectivas periferias e não deslizam. Se, no instante representado, tiver se deslocado para baixo uma distância de a partir do repouso com uma aceleração constante de , determine a velocidade do ponto e a aceleração do centro para esse instante em particular.
Passo 1
Sabemos que se desloca para baixo a partir do repouso, com aceleração constante , isso quer dizer que a velocidade ao final do movimento é:
Como ele parte do repouso, temos , e:
Como e , podemos substituir para calcular:
Agora precisamos descobrir como essa velocidade se relaciona com a dos outros pontos.
Passo 2
Vamos usar o método de inspeção de um deslocamento diferencial. Em outras palavras, vamos considerar um pequeno deslocamento e ver o que acontece no sistema.
(O desenho está bem fora de escala, para facilitar a visuaização)
E traçamos aquela reta azul de forma que cruze a reta horizontal preta no ponto fixo em torno do qual nosso sistema gira.
Agora podemos extrair algumas relações do nosso desenho. Usando semelhança de triângulos:
Em cada caso dividimos um deslocamento diferencial pela sua distância até o ponto fixo do movimento.
Passo 3
Vamos começar determinando a velocidade do ponto . Pela relação que escrevemos ali em cima:
Dividindo tudo por ficamos com:
Passo 4
Agora vamos procurar a aceleração do ponto . Mais uma vez, pela relação que escrevemos a partir do desenho:
Podemos dividir tudo por :
E derivando em relação ao tempo:
E a aceleração já foi dada no enunciado:
E tanto quando apontam no sentido vertical para cima, da forma como representamos no desenho.
Resposta
A velocidade do ponto é e a aceleração do ponto é . Ambas são verticais para cima.