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. 44
Determine a coordenada x do centro de massa do corpo sólido homogêneo mostrado.
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 a y e temos 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:
Como o raio é R, temos que a profundidade está em relação ao eixo z e é:
Sabendo disso, o nosso volume é dado por:
Portanto,
Já sabemos que,
Mas se observamos bem, e olharmos o problema de frente vemos uma circunferência. Na qual,
Dessa maneira, substituindo essas informações,
Simplificando:
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. Desse modo ele é metade do comprimento menos 3R
Logo, a função que acompanha esse ponto é:
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: