Enunciado

O coeficiente de atrito estático em ambas as extremidades da barra uniforme é igual a 0,40 . Determine a aceleração horizontal máxima a que o caminhão pode ter sem levar a barra a deslizar. (Sugestão: O problema pode ser resolvido usando apenas uma equação, uma equação de momentos. A localização do centro para os momentos pode ser determinada graficamente).

Passo 1

Nosso grande problema aqui é o seguinte: não conhecemos as forças de contato entre a barra e o caminhão em A e B .

Isso quer dizer que, para montar nossa equação de momentos, temos que escolher um ponto de referência que anule os momentos dessas duas forças. Podemos encontrar esse ponto graficamente:

Passo 2

Beleza, então aquele vai ser nosso ponto de referência. O que fazemos a partir daqui? Agora escrevemos uma equação para os momentos restantes agindo sobre a barra:

∑ M = M r

Ou seja, a soma dos momentos é igual ao momento da força resultante.

Como a barra se move com aceleração a , a força resultante é:

M r = F r d 1 = m a d 1

E o único momento que resta quando escolhemos aquele ponto de referência é o da força peso:

∑ M = m g d 2

Ou seja:

m g d 2 = m a d 1

a = d 2 d 1 g

Vamos representar essas distâncias no desenho:

E agora nosso problema virou uma questão de geometria. Só precisamos calcular a razão entre as duas distâncias.

Passo 3

Vamos dar uma olhada no desenho para tentar calcular essa razão geometricamente. Começado por d 1 .

Podemos definir um ângulo β que as forças de contato formam com a vertical/horizontal e usar ele pare encontrar d 1 . A partir daí o desenho fica um pouco complicado, por isso vamos distorcer algumas dimensões para facilitar a compreensão:

Olhe com calma para o desenho até que tudo faça sentido. Podemos ver que:

d 1 = l tan ⁡ 30 ° - β sen ⁡ ( β ) + l 2 sen ⁡ 60 °

Agora vamos fazer a mesma coisa para d 2 .

d 2 = l 2 cos ⁡ 60 ° - L v cos ⁡ β

Olhando para o desenho de cima, lembre que o comprimento L v daquela linha verde é:

L v = l tan ⁡ ( 30 ° - β )

Então:

d 2 = l 2 cos ⁡ 60 ° - l tan ⁡ ( 30 ° - β ) cos ⁡ β

Passo 4

E o β é o ângulo que as forças de contato em A e B formam com a horizontal/vertical,

Cada uma dessas forças de contato tem duas componentes perpendiculares uma a outra:

F 1 = F a t r i t o = μ N

F 2 = N

E então β é:

tan ⁡ β = F 1 F 2 = μ N N = μ

β = arctan ⁡ 0,4 = 21,8 °

Agora é só substituir os valores numéricos na nossa fórmula lá do passo 2:

a = d 2 d 1 g

a = l 2 cos ⁡ 60 ° - l tan ⁡ ( 30 ° - 21,8 ° ) cos ⁡ 21,8 ° l tan ⁡ 30 ° - 21,8 ° sen ⁡ ( 21,8 ° ) + l 2 sen ⁡ 60 ° g

a = 0,117 0,486 g

a = 2,3 6   m / s 2

Resposta

A aceleração horizontal máxima é a = 2,36   m / s 2 .

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