Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 3.5 - Ex. 74
O cursor de se encaixa com folga na ranhura lisa de no disco, que gira em um plano horizontal em torno do seu centro . Se é mantido em posição por um cordão fixo no ponto , determine a tração no cordão para uma velocidade rotacional constante . A direção da velocidade faria alguma diferença?
Passo 1
A chave da questão é pensar o seguinte: para que seja mantido na sua posição, ele precisa acompanhar o movimento circular do disco.
Para que acompanhe o movimento circular do disco, ele precisa de uma aceleração centrípeta que dê para a ele a mesma velocidade angular do disco.
Passo 2
Para calcular qual é essa aceleração centrípeta, primeiro precisamos converter a velocidade angular para radianos por segundo:
E então a aceleração centrípeta é:
Passo 3
Ok, mas o que isso tem a ver com o cordão? Bom, é ele quem vai fornecer parte da aceleração centrípeta (as paredes do disco também cumprem um papel).
Vamos aplicar a segunda lei de Newton sobre a linha pontilhada na figura:
A soma das forças na direção dessa linha é igual a componente da aceleração na direção dessa linha, ou seja:
Passo 4
Agora falta avaliar se uma mudança na direção da rotação geraria uma diferença nesse resultado.
Bom, vamos olhar de novo para a fórmula que nós usamos:
Mudar a direção da rotação é a mesma coisa que trocar o sinal do , mas como ele está elevado ao quadrado, sabemos que o sinal vai “sumir”!
Fisicamente, isso é compreensível, porque mudar a direção do movimento nesse caso é como ver o movimento através de um espelho: os valores não deveriam mudar.
Resposta
A tração da corda é de e a mudança na direção da velocidade não alteraria esse resultado.