Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Dinâmica: Mecânica para Engenharia - 12ª Edição - Russel C. Hibbeler- Ed: 12º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 95
O homem na bicicleta tenta dar a volta no loop elipsoidal sem sair da pista. Determine a velocidade que ele tem de manter em A imediatamente antes de entrar no loop a fim de realizar a proeza. A bicicleta o homem tem massa de kg e um centro de massa de G. Despreze a massa das rodas.
Passo 1
Para determinar a velocidade em que a bicicleta tem que passar no ponto A, primeiramente pode ser aplicado as equações de conservação de energia. No entanto a variável tem que ser determinada.
Passo 2
pode ser determinado a partir da segunda lei de Newton para o momento em que a bicicleta passar em , de acordo com o DCL a seguir.
Como o raio de curvatura ainda é desconhecido, pode se determinar a partir de
Sendo que para a geometria para esta situação, temos:
O ângulo de inclinação no ponto B é dado por:
E o raio de curvatura no ponto B é:
m
Como o centro de massa do ciclista fica a 1,2 m da pista, o raio de curvatura do ciclista é:
m
Voltando para,
Passo 3
Pela figura a seguir é possível notar que a altura do centro de massa do ciclista no ponto B é m
Aplicando a conservação de energia:
Então,
Resposta
A velocidade que o ciclista deve manter em A imediatamente antes de entrar no loop é