Enunciado

A força trativa T no cabo A B é mantida em um valor constante de 120 N. Determine o momento M O dessa força trativa em torno do ponto O na faixa 0 ° ≤ θ ≤ 90 ° . Faça um gráfico das componentes x , y , e z de M O em função de θ .

Passo 1

Para obtermos a expressão vetorial da tração T e assim conseguirmos calcular o momento em relação a O , precisamos primeiro definir a posição do ponto A em função do ângulo θ . O ponto A percorre um círculo de raio igual a 0,8 m em volta do ponto O , no plano y z sendo θ o ângulo entre O A e O z . Então as coordenadas de A são:

x A = 0

y A = 0,8 sen ⁡ θ

z A = 0,8 cos ⁡ θ

Passo 2

Agora que sabemos a posição de A , podemos obter o vetor unitário n A B que tem a mesma direção que a força T . Vamos então calcular n A B = r A B / r A B , sendo r A B o módulo do vetor r A B :

r A B = r B - r A = ( 0,4 i + 0,8 j ) - ( 0,8 sen ⁡ θ j + 0,8 cos ⁡ θ z )

r A B = 0,4 i + 0,8 1 - sen ⁡ θ j - 0,8 cos ⁡ θ k

r A B = 0,4 2 + 0,8 2 1 - sen ⁡ θ 2 + 0,8 2 cos 2 ⁡ θ

= 0,16 + 0,64 - 1,28 sen ⁡ θ + 0,64 sen 2 ⁡ θ + 0,64 cos 2 ⁡ θ

= 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

Então:

n A B = r A B r A B = 0,4 i + 0,8 1 - sen ⁡ θ j - 0,8 cos ⁡ θ k 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

Passo 3

Como nossa força tem um módulo constante igual a 120 N e a direção dada por n A B , então podemos escrevê-la assim:

F = 120 n A B = 0,4 i + 0,8 1 - sen ⁡ θ j - 0,8 cos ⁡ θ k 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ ⋅ 120

Podemos então calcular nosso momento M O , aplicando o produto vetorial :

M O = r A × F = 120 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ 0,8 sen ⁡ θ j + 0,8 cos ⁡ θ k × 0,4 i + 0,8 1 - sen ⁡ θ j - 0,8 cos ⁡ θ k

120 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ i j k 0 0,8 sen ⁡ θ 0,8 cos ⁡ θ 0,4 0,8 - 0,8 sen ⁡ θ - 0,8 cos ⁡ θ =

38,4 ( - 2 cos ⁡ θ i + cos ⁡ θ j - sen ⁡ θ k ) 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

Passo 4

Agora mostramos os gráficos das componentes x ,   y e z de M O :

M x = - 76,8 cos ⁡ θ 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

M y = 38,4 cos ⁡ θ 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

M z = - 38,4 sen ⁡ θ 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

Resposta

M x = - 76,8 cos ⁡ θ 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

M y = 38,4 cos ⁡ θ 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

M z = - 38,4 sen ⁡ θ 1,44 - 1,28 sen ⁡ θ

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

73. Determine a intensidade necessária dos momentos de binário M 2 e M 3 de modo que o momento de binário resultante seja zero.
91. Se M 1 = 500N ⋅ m , M 2 = 600N ⋅ m e M 3 = 450N ⋅ m , determine a intensidade e os ângulos de direção coordenados do momento de binário resultante.
Determine a intensidade necessária dos momentos de binário M 1 , M 2 e M 3 de modo que o momento de binário resultante seja M R → = - 300 i + 450 j - 600 kN ⋅ m .
94. Se a intensidade do momento de binário que age sobre a tubulação é 50N ⋅ m , determine a intensidade das forças de binário aplicadas em cada chave. A tubulação está no plano x - y .
93. Se F = 80N , determine a intensidade e os ângulos de direção coordenados do momento de binário. A tubulação se encontra no plano x - y .