Enunciado

Os coeficientes de atrito estático e cinético entre o bloco de 100   k g e o plano inclinado são 0,30 e 0,20 , respectivamente. Determine a a força de atrito F atuando no bloco quando P é aplicado com uma magnitude de 200   N ao bloco em repouso, b a força P necessária para iniciar o movimento subindo a inclinação a partir do repouso, e c a força de atrito F agindo no bloco se P = 600   N .

Passo 1

Fala galera, tudo certo? Bora fazer mais um exercício? Prometo que vai ser bem rapidinho!

O enunciado nos pede para determinar três coisas: a a força de atrito para P = 200   N no bloco em repouso, b o valor de P para o bloco entrar em movimento subindo a partir do repouso e c a força de atrito para P = 600   N .

Então bora resolver! Vamos começar analisando o diagrama de corpo livre para o item a . Para facilitar nossos cálculos, vamos considerar os eixos x e y inclinados em 15 ° acompanhando a inclinação da superfície de apoio.

Onde:

W = 100 * 9,81 = 981   N

E os coeficientes de atrito:

μ s = 0,30

μ k = 0,20

Passo 2

Neste caso a , assumimos a condição de que a estrutura está em equilíbrio/repouso μ s = 0,30 e podemos utilizar as equações de equilíbrio de forças nas direções x e y para determinar a reação normal N de contato e a força de atrito F exercidas pela superfície horizontal no bloco.

∑ F x = 0

P cos ⁡ 20 ° + F - W sen ⁡ 15 ° = 0

F = 981 sen ⁡ 15 ° - 200 cos ⁡ 20 °

F = 66   N

∑ F y = 0

N + P sen ⁡ 20 ° - W cos ⁡ 15 ° = 0

N = 981 cos ⁡ 15 ° - 200 sen ⁡ 20 °

N = 879   N

Além disso, para essa condição de equilíbrio temos que:

F m a x = μ s N

F m a x = 0,30 * 879

F m a x = 263,7   N

Uma vez que:

F = 66   N < F m a x = 263,7   N

Nossa hipótese é válida, o corpo está em equilíbrio com F = 66   N (a caixa não entra em movimento).

Passo 3

Tranquilinho né? Agora vamos para o nosso segundo round! Hahaha

Começando pelo diagrama de corpo livre para a situação b :

Para encontrar o valor mínimo de P necessário para o bloco entrar em movimento subindo a partir do repouso, vamos considerar a situação limite, ou seja:

F = F m a x = μ s N

Com isso, fazendo o equilíbrio de forças na direção x , temos:

∑ F x = 0

P cos ⁡ 20 ° - F - W sen ⁡ 15 ° = 0

P cos ⁡ 20 ° - μ s N - 981 sen ⁡ 15 ° = 0

P cos ⁡ 20 ° - 0,3 N - 981 sen ⁡ 15 ° = 0

Vamos guardar essa equação por enquanto. Já para o eixo y , temos:

∑ F y = 0

N + P sen ⁡ 20 ° - W cos ⁡ 15 ° = 0

N = 981 cos ⁡ 15 ° - P sen ⁡ 20 °

Substituindo N na equação anterior:

P cos ⁡ 20 ° - 0,3 981 cos ⁡ 15 ° - P sen ⁡ 20 ° - 981 sen ⁡ 15 ° = 0

P cos ⁡ 20 ° + 0,3 P sen ⁡ 20 ° = 981 sen ⁡ 15 ° + 0,3 * 981 cos ⁡ 15 °

P cos ⁡ 20 ° + 0,3 sen ⁡ 20 ° = 981 sen ⁡ 15 ° + 0,3 cos ⁡ 15 °

P = 981 sen ⁡ 15 ° + 0,3 cos ⁡ 15 ° cos ⁡ 20 ° + 0,3 sen ⁡ 20 °

P = 516   N

Passo 4

Ainda tem coisa pra fazer?

Calma que tá acabando! Hahaha

Show de bola! Agora para o item c , temos que P = 600   N e precisamos determinar a força de atrito F neste caso. No item b encontramos a força mínima necessária para que o bloco entre em movimento. Como P = 600   N > P m i n = 516   N , concluímos que o corpo está em movimento e a força de atrito cinética é dada por:

F = μ k N = 0,2 N

Logo, precisamos determinar a reação normal da superfície no bloco. Para isso, vamos utilizar o equilíbrio de forças na direção y :

∑ F y = 0

N + P sen ⁡ 20 ° - W cos ⁡ 15 ° = 0

N = 981 cos ⁡ 15 ° - 600 sen ⁡ 20 °

N = 742,36   N

∴ F = 0,2 * 742,36  

F = 148,5   N

Ufa! Essa já foi hein? Partiu pra próxima!

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Resposta

a   F = 66   N

b   P = 516   N

c   F = 148,5   N

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