Enunciado

Duass vigas em I de aço, cada uma com uma massa de 100   k g , estão soldadas em um ângulo reto e sustentadas por cabos verticais de forma que as vigas se mantêm em um plano horizontal. Calcule a força trativa em cada um dos cabos A , B e C .

Passo 1

Primeiro precisamos representar os eixos e as forças no desenho:

Para que esse sistema esteja em equilíbrio, sabemos que os torques resultantes em relação aos dois eixos têm que ser nulos!

∑ M x = 0

∑ M y = 0

Perceba que os pesos atuam nos pontos médios de cada viga. P 1 está a 1,2   m da origem, e P 2 está a 0,3   m .

Passo 2

Primeiro vamos escrever uma expressão para o torque em relação ao eixo x . Todas as forças que têm uma linha de ação cruzando esse eixo vão ser anuladas:

∑ M x = - T B 0,9 - P 2 0,3 + T C 1,5 = 0

Deixamos com sinal negativo as forças que favorecem a rotação no sentido horário.

Agora vamos fazer o mesmo para o momento em relação ao eixo y :

∑ M y = - T A 2,4 + P 1 1,2 = 0

Podemos organizar essas duas equações em um sistema:

- 0,9 T B - 0,3 P 2 + 1,5 T C = 0 - 2,4 T A + 1,2 P 1 = 0

E como as duas vigas têm a mesma massa podemos substituir P 1 = P 2 = P .

- 0,9 T B - 0,3 P + 1,5 T C = 0 - 2,4 T A + 1,2 P = 0

Beleza, mas ainda temos três variáveis desconhecidas ( T A , T B e T C ) e só duas equações: precisamos achar outra equação para poder resolver o sistema completamente!

Passo 3

Vamos usar a condição de equilíbrio para as forças:

∑ F = 0

T A + T B + T C - P - P = 0

Agora sim, temos um sistema completo:

- 0,9 T B - 0,3 P + 1,5 T C = 0 - 2,4 T A + 1,2 P = 0 T A + T B + T C = 2 P

Pela segunda equação podemos encontrar T A :

T A = 1,2 2,4 P = 1 2 100 9,81 = 490,5   N

Agora vamos substituir isso na terceira equação:

T B + T C = 2 P - 490,5 = 1471,5

E agora podemos substituir T B = 1471,5 - T C na primeira equação:

- 0,9 1471,5 - T C - 0,3 P + 1,5 T C = 0

2,4 T C = 0,3 ( 100 ) ( 9,81 ) + 1324,3

T C = 674,4   N

E então T B é:

T B = 1471,5 - 674,4 = 797   N

Resposta

As forças são T A = 490,5   N , T B = 797,0   N e T C = 674,4   N .

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