Enunciado

Se a força resultante que atua sobre o suporte é direcionada ao longo do eixo y positivo, determine a intensidade da força resultante e os ângulos de direção coordenados de F , de modo que β < 90 ° .

Passo 1

Fala ai galerinha do RespondeAí, tudo beleza?! Saca só, esse exercício aqui deu pra gente duas forças F e F 1 atuando em um suporte como na figura abaixo:

Onde α , β e γ são os ângulos de direção coordenados da força F , de modo que:

F x = F cos ⁡ α ,     F y = F cos ⁡ β ,     F z = F cos ⁡ γ

Enquanto que podemos decompor a força F 1 em função de seus dois ângulos de 30 ° , tal que:

F 1 x = F 1 cos ⁡ 30 ° sen ⁡ 30 °

F 1 y = F 1 cos ⁡ 30 ° cos ⁡ 30 °

F 1 z = - F 1 sin ⁡ 30 °

Colocamos o sinal negativo na componente z de F 1 porque ela está na parte negativa do eixo.

Iradoso, sabendo disso, o enunciado nos diz que a força resultante F R entre F e F 1 está direcionado no eixo y positivo:

E dado que β < 90 ° , isto é, F y está na parte positiva do eixo y , então o enunciado nos pede para encontrar a intensidade e os ângulos de direção coordenados da força F ! Então bora lá!

Passo 2

Belezoca galerinha, como a resultante possui componentes somente no eixo y , teremos que:

F R x = 0 ,     F R z = 0

Logo, para o eixo x :

F R x = F 1 x + F x = 0

F R x = F 1 cos ⁡ 30 ° sen ⁡ 30 ° + F cos ⁡ α = 0

Sendo assim:

cos ⁡ α = - F 1 cos ⁡ 30 ° sen ⁡ 30 ° F

Como F 1 = 600   N e F = 500   N , vamos obter que:

cos ⁡ α = - 600 cos ⁡ 30 ° sen ⁡ 30 ° 500

cos ⁡ α = - 0,519 6

α = cos - 1 ⁡ - 0,5196

α = 121 °

Passo 3

Maravilha, agora para o eixo z , teremos que:

F R z = F 1 z + F z = 0

Logo:

F R x = - F 1 sin ⁡ 30 ° + F cos ⁡ γ = 0

Isolando γ :

cos ⁡ γ = F 1 sen ⁡ 30 ° F 1

γ = cos - 1 ⁡ F 1 sen ⁡ 30 ° F

Sendo assim:

γ = cos - 1 ⁡ 600 sen ⁡ 30 ° 500

γ = cos - 1 ⁡ 0,6

γ = 53,1 °

Passo 4

Belezera, agora um jeito mais rápido pra gente encontrar o ultimo ângulo coordenado cos ⁡ β , é utilizando a relação fundamental:

cos 2 ⁡ α + cos 2 ⁡ β + cos 2 ⁡ γ = 1

Logo:

- 0,5196 2 + cos 2 ⁡ β + 0,6 2 = 1

cos ⁡ β = ± 1 - - 0,5196 2 - 0,6 2

cos ⁡ β = ± 0,6 08

MAAASSS, como queremos um ângulo β < 90 ° , quer dizer que queremos um valor positivo para o cos ⁡ β , tal que:

β = cos - 1 ⁡ 0,6 08

β = 52,5 °

Passo 5

Bora lá que tá ficando bonito hein galera, agora só falta a gente encontrar a intensidade da força resultante. Pra isso vamos precisar somar as componentes que atuam no eixo y , tal que:

F R = F 1 y + F y

Logo:

F R = F 1 cos ⁡ 30 ° cos ⁡ 30 ° + F cos ⁡ β

F R = 600 cos ⁡ 30 ° cos ⁡ 30 ° + 500 cos ⁡ 52,5 °

Portanto:

F R = 450 + 304

F R = 754   N

Resposta

α = 121 °

β = 52 , 5 °

γ = 53,1 °

F R   =   754   N

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