Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Estática Volume 1 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 2.6 - Ex. 97
Um carro de tração traseira está atolado na neve entre outros carros estacionados como mostrado. Em uma tentativa de livrar o carro, três estudantes exercem forças no casso nos pontos , e , enquanto a ação do motorista resulta em um empuxo de para frente, atuando paralelo ao plano de rotação de cada roda traseira.
Tratando este problema como bidimensional, determine o sistema força-binário equivalente no centro de massa do carro e localize a posição do ponto sobre a linha de centro do carro pelo qual passa a resultante. Despreze todas as forças não mostradas.
Passo 1
Para calcular a força resultante , vamos começar escrevendo todas as forçass em forma vetorial:
Agora vamos somar esses vetores:
Passo 2
Beleza, esse é a força do nosso sistema força-binário. Para calcular o binário precisamos encontrar o momento total das forças em relação ao ponto .
As duas forças de na traseira do carro apontam na mesma direção, mas favorecem a rotação em sentidos contrários, por isso seus momentos se anulam. Além disso, a força de na traseira tem uma linha de ação que passa pelo ponto .
A linha de ação da componente vertical da força de no ponto também passa pelo ponto , então a equação do momento fica da seguinte forma:
E a rotação acontece no sentido anti-horário.
Passo 3
Agora queremos achar a linha de ação da força resultante. A força tem que ser aplicada em um ponto que mantenha o momento total das forças sobre o sistema.
Onde é o vetor do momento das forças em relação a e é o vetor posição do ponto onde a força será aplicada.
O vetor aponta na direção perpendicular ao plano do página, e (pela regra da mão direita) no sentido que sai desse plano, já que a rotação acontece no sentido anti-horário.
Agora podemos resolver o produto vetorial:
E então:
Essa é a equação da linha de ação da força resultante, para achar o ponto por onde ela passa no eixo é só fazer uma substituição simples:
Resposta
O sistema força binário é composto por e (sentido anti-horário). A força passa pela linha de centro do carro em .