Enunciado

Determine o momento de inércia de massa I z do sólido formado girando-se a área sombreada em torno do eixo z . O sólido é feito de um material homogêneo que pesa 74   k N .

Passo 1

O problema pede que encontremos o momento de inércia no eixo z .

Primeiro, vamos pensar sobre a massa:

m = ρ ⋅ V

De forma derivada fica:

d m = ρ ⋅ d V = γ g d V = γ g π r 2 d z

E sabemos que:

r = y = z 2 3

Então:

d m = γ g π z 4 3 d z

Passo 2

Agora, vamos calcular a massa usando calculo integral, com o que a gente acabou de descobrir no passo 1:

m = ∫ d m = ∫ 0 8 γ g π z 4 3 d z

Resolvendo a integral, temos que:

m = 384 π 7 g γ

Comparando com a massa do sólido:

75 g = 384 π 7 g γ

Então, obtemos:

γ = 0,4352   k N / m 3 = 435,2   N / m 3

Passo 3

Agora sim vamos para o momento de inércia no eixo z , para isso a gente sabe que de forma derivada temos:

d I z = 1 2 d m ( y ) 2

Ou seja:

d I z = 1 2 γ g π r 2 d z

E com isso, chegamos á:

d I z = π 2 γ g 8 3 d z

Calculamos então, o momento de inércia pela integral:

I x = ∫ d I x = ∫ 0 8 π 2 γ g 8 3 d z

Resolvendo, a gente encontra:

I z = 877,36 γ g

Agora substituímos γ por 435 , 2   N / m 3 e g por 9,81   m / s 2 , e obtemos:

I z = 877,36 435,2 9,81

I z = 38,922 ⋅ 10 3   N / m 2

Resposta

I z = 38,922 ⋅ 10 3   N / m 2

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