Enunciado

Um grupo de estudantes carrega um reboque de 2 × 3,3   m com duas caixas de 0,66 × 0,66 × 0,66   m e uma caixa de 0,66 × 0,66 × 1,2   m . Cada caixa est[a colocada na traseira do reboque e alinhada pelos seus limites traseiro e lateral. Determine a menor carga que os estudantes devem colocar em uma segunda caixa de 0,66 × 0,66 × 1,2   m e em que lugar do reboque eles devem posicioná-la sem que nenhuma parte da caixa se projete para fora dos limites do reboque, considerando-se que cada caixa é carregada uniformente e que a linha de ação da resultante dos pesos das quatro caixas deve passar pelo ponto de interseção da linha de centro do reboque com o eixo de rodas. (Dica: a caixa pode ser colocada nas laterais ou no fim do reboque.)

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Sabemos que a resultante R é a soma das três forças que representam os pesos das crianças, portanto:

R = 224 + 392 + 176

R = 792   N

Para determinarmos a distância x R , igualaremos o momento em torno do eixo z para ambos os sistemas equivalentes apresentados no item anterior:

- 224 0,33 - 392 1 , 6 7 - 176 1,67 = - 792 ⋅ x R

Resolvendo, temos que:

x R = 1,29101   m

Passo 2

Para determinarmos a distância z R , igualaremos o momento em torno do eixo x para ambos os sistemas equivalentes apresentados no item anterior:

224 0,33 + 392 0,6 + 176 2 = 792 ⋅ z R

Resolvendo, temos que:

z R = 0 , 83475     m

Passo 3

Do enunciado do problema, nós sabemos que a resultante de total composta por R e W passa através do ponto G . E como a resultante total passa por G , temos que ∑ M G = 0 .

Além do mais, como a carga W tem que ser a menor possível, a quarta caixa deve ser colocada o mais longe possível do ponto G . Isso indica que a caixa deve estar na região:

0,33   m ≤ x ≤ 1   m

1,5   m ≤ z ≤ 2,97   m

Passo 4

Vamos testar primeiramente x L = 0,33   m .

Sabemos que ∑ M G = 0 , portanto, vamos fazer um somatóriio de momentos no ponto G ao redor do eixo z :

W L 1 - 0,33 - 792 1,29101 - 1 = 0

W L = 344   N

Precisamos agora, checar a possibilidade física desse valor, para isso, façamos um somatório de momentos no ponto G , desta vez ao redor do eixo x :

344 z L - 1,5 - 792 1,5 - 0,83575 = 0

z L = 3,032   m

O que não é possível, pois a condição 1,5   m ≤ z ≤ 2,97   m não é atendida.

Passo 5

Vamos testar então z L = 2,97   m .

Sabemos que ∑ M G = 0 , portanto, vamos fazer um somatóriio de momentos no ponto G ao redor do eixo x :

W L 2,97 - 1,5 - 792 1,5 - 0,83575 = 0

W L = 358,42   N

Precisamos agora, checar a possibilidade física desse valor, para isso, façamos um somatório de momentos no ponto G , desta vez ao redor do eixo z :

358,42 1 - x L - 792 1 , 29101 - 1 = 0

x L = 0,357   m

Como este resultado respeita a condição 0,33   m ≤ x ≤ 1   m , então a solução é possível.

O peso mínimo da quarta caixa é de 358,42   N e a posição da caixa deve ser de tal forma que o lado menor esteja no sentido de A B e o centro da caixa esteja afastado 0,357   m de A D .

Resposta

W L = 358,42   N

x L = 0,357   m

z L = 2,97   m

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Substitua o sistema de forças por uma força e um momento de binário resultantes equivalente no ponto P .
Substitua o sistema de carregamento que atua sobre a viga por uma força e um momento de binário resultantes equivalente no ponto O .