Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Estática Volume 1 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 5.3 - Ex. 36
Determine a coordenada x do centro de massa da parte da casca esférica, que tem espessura uniforme, mas fina.
Passo 1
Sabendo que a 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 e temos a nossa massa. Lembre-se que:
Logo,
Note que o nosso se o elemento de área for o mesmo que o elemento de massa, então:
Que é simplesmente o comprimento variando com o ângulo .
Observe que, se traçarmos um triângulo, teremos:
Implica que:
Dessa maneira,
Atente aos limites de integração, observe na figura que:
Ou seja, o ângulo está variando de 0 a
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 que:
Passo 4
Ante de aplicar a equação para achar o centro de massa na coordenada x, vamos resolver a integral:
Depois é só dividir pela massa que teremos o ponto. Como já conhecemos dm é só manipulação. Como também,
Temos:
Assim,
Passo 5
Agora substituindo na equação do centro de massa, temos: