Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Estática Volume 1 - 7ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 45
Determine a coordenada x do centro de massa da casca cilíndrica de espessura uniforme e pequena.
Passo 1
Sabendo que aa equação para encontrar o centro de massa é dado por:
Dessa maneira, vamos primeiro encontrar a massa do problema.
Passo 2
Mas antes vamos escolher um elemento de massa, para assim podermos integrar, com isso:
Pronto! Escolhido o elemento de massa vamos integrar ele em relação ao ângulo assim tem a nossa massa. Lembre-se que:
Logo,
De modo que, se olharmos lateralmente como mostra o desenho. E tomarmos a origem na metade do trapézio, ou seja, a função que descreve a reta é
Observamos que o comprimento do retângulo é dado por:
Desse modo, a área será o comprimento vezes R, variando o ângulo, com isso:
Portanto,
Já sabemos que,
Como também, se olharmos para o triangulo, observamos uma relação trigonométrica, onde:
Logo,
Passo 3
Tendo a função que descreve o nosso problema fica mais fácil de integrar, dessa maneira a massa é dada por:
Agora basta resolvermos essa integral que teremos nossa massa, sendo assim:
Passo 4
Ante de aplicar a equação para achar o centro de massa na coordenada x, vamos resolver a integral:
Cuidado! Vamos nos atentar quem é .
Note que ele fica no meio do retângulo que definimos como elemento de massa. Ou seja, fica na metade do comprimento menos 3R.
Logo, a função que acompanha esse ponto é:
Já é de conhecimento que:
Portanto:
Depois é só dividir pela massa que teremos o ponto. Como já conhecemos dm é só manipulação:
Fazendo algumas manipulações temos:
Passo 5
Agora substituindo na equação do centro de massa, temos:
Em relação à extremidade esquerda temos: