Enunciado

A figura ilustra um mecanismo de retorno rápido, comumente utilizado, que realiza um movimento lento de corte da ferramenta (presa em D) e um movimento rápido de retorno. Se a manivela de acionamento AO está girando na taxa constante de θ ˙ = 3   r a d / s , determine o módulo da velocidade do ponto B para o instante em que θ = 30 ° .

Passo 1

Bom pessoal, vamos supor um ponto P coincidente a A, mas que pertence ao elemento ranhurado BC. Desta forma, temos que a velocidade do ponto P é perpendicular a BC, assim como a velocidade de A é perpendicular a manivela AO. Além do mais, o cursor A só pode se movimentar pela ranhura, o que faz com que a velocidade relativa v A / P esteja nesta direção. Vamos fazer um esboço do mecanismo com os vetores velocidade.

Podemos calcular a distancia CA pela lei dos cossenos no triângulo AOC:

C A 2 = C O 2 + A O 2 - 2 A O C O c o s 120 °

C A = 0,361   m

O ângulo beta pode ser obtido pela lei dos senos:

0,1 s e n β = 0,361 s e n 120

β = 13,9 °

A velocidade de A pode ser obtida a partir da manivela AO:

v A = θ ˙ × r A O = 3 k ^ × 0,1 c o s 30   i ^ + s e n 30   j ^

v A = - 0,15 i ^ + 0,26 j ^   m / s

Como sabemos o vetor posição de P, podemos então achar uma relação para sua velocidade:

v P = ω × r P C = ω k ^ × 0,361 s e n β   i ^ + c o s β j ^

v P = - 0,3504 ω i ^ + 0,0867 ω j ^   m / s

E a velocidade relativa entre A e P sabemos que está na direção da ranhura:

v A / P = v A P s e n β   i ^ + c o s β j ^

v A / P = v A P 0,2402   i ^ + 0,9707 j ^

Agora, basta usarmos a equação da velocidade relativa:

v A = v P + v A / P

Substituindo os valores:

- 0,1 5 i ^ + 0,2 6 j ^ = - 0,3504 ω i ^ + 0,0867 ω j ^ + v A P 0,2402   i ^ + 0,9707 j ^

Decompondo nas direções i e j:

- 0,15 i ^ = - 0,3504 ω i ^ + v A P 0,2402   i ^

0,26 j ^ = 0,0867 ω j ^ + v A P 0,9707 j ^

Resolvendo o sistema, temos que:

ω = 0,576 k ^   r a d / s

v A P = 0,216   m / s

Com isso, podemos calcular a velocidade de B:

v B = ω × C B = 0,576 0,5 = 0,288   m / s

Resposta

v B = 0,288   m / s

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