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. 41
Determine a coordenada y do centroide da área plana mostrada. Coloque h = 0 em seu resultado e compare-o com o resultado para área semicircular (veja o Exemplo 5/3 e a Tabela D/3). Avalie também o resultado para as condições e .
Passo 1
Sabendo que as equações para encontrar o centroide é dado por:
Dessa maneira, vamos primeiro encontrar a área do problema.
Passo 2
Mas antes vamos escolher um elemento de área, para assim podermos integrar, com isso:
Pronto! Escolhido o elemento de área vamos integrar ele em relação a y, assim temos a nossa área. Note que, o nosso elemento de área é um retângulo. Portanto:
Observe também, que a função que descreve a curva superior é de uma circunferência. Logo,
Isolando x, temos:
Desse modo, o elemento de área é dado por:
Sendo que,
Atente para o limite de integração, que varia de h a ao raio a.
Passo 3
Tendo a função que descreve o nosso problema fica mais fácil de integrar, dessa maneira a área é dada por:
Agora basta resolvermos essa integral que teremos a área, dessa maneira, por substituição trigonométrica teremos:
Substituindo,
Passo 4
Ante de aplicar a equação para achar o centroide na coordenada y, vamos resolver a integral:
Depois é só dividir pela área que teremos o ponto. Portanto:
Por substituição simples,
Pronto! Só substituir na equação, se tiver alguma dificuldade na resolução das integrais recomendo que revise o assunto de substituição trigonométrica em integrais em cálculo que encontra na própria plataforma. Agora vamos substituir:
Passo 5
Vamos para os casos especiais que o problema pede.
Para h = 0:
O resultado está correto.
Para :
Para :