Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 6.5 - Ex. 105
O cilindro hidráulico do caminhão basculante está quebrado e desconectado. O motorista (que fez curso de dinâmica) decide calcular a aceleração mínima do caminhão necessária para inclinar o depósito em torno da sua articulação em . Ele então prossegue calculando a aceleração angular inicial do depósito quando o caminhão recebe uma aceleração de . Quais são as suas respostas corretas para e , e ele seria capaz de realizar essa experiência? O recipiente de depósito pode ser modelado como um bloco retangular homogêneo e maciço com centro de massa em .
Passo 1
Vamos começar calculando o momento de inércia do bloco retangular em relação a um eixo que passa pelo ponto . Para isso vamos precisar do teorema dos eixos paralelos:
E é a distância entre o centro de massa e o ponto :
Então:
Passo 2
Agora vamos montar uma equação de momentos em relação ao ponto :
E a única força que produz momento em relação a esse ponto é a força peso:
Que favorece a rotação no sentido horário em torno de um eixo perpendicular ao plano da página.
O segundo termo também apontará na direção desse eixo, e o sentido irá depender da acelerção angular :
Já o último termo precisa ser calculado através de um produto vetorial. é o vetor posição do centro de massa em relação ao ponto :
E a acelerção do centro de massa associada ao movimento de translação do caminhão é:
Então:
Agora substituindo tudo isso na primeira equação:
Vamos dividir tudo por e “projetar a equação” na direção de :
Passo 3
Primeiro queremos saber qual deve ser a aceleração mínima para que a carga comece a rotacionar em torno do ponto .
Nesse caso limite, podemos considerar , então:
É improvável que o motorista consiga fazer essa experiência, pois essa aceleração certamente faria com que o bloco deslizasse para fora da carroceria.
Mesmo que o coeficiente de atrito estático fosse , a caso limite para o equilíbrio da carga na direção horizontal seria:
E a aceleração que calculamos para que haja rotação é , portanto a carga deslizaria bem antes de rotacionar em torno de .
Passo 4
Agora vamos voltar à nossa equação para calcular no caso em que , onde é a aceleração mínima para rotação que acabamos de calcular:
Resposta
As suas respostas seriam e .