Enunciado

O iate está ancorado com uma corrente que tem uma extensão total de   40 m , uma massa por unidade de comprimento de 18 k g m , e a tração na corrente em A   é 7 k N . Determine o comprimento da corrente l d que encosta no fundo do mar. Qual é a distância d ? Suponha que os efeitos de flutuação da água sobre a corrente sejam desprezíveis. Dica: Estabeleça a origem do sistema de coordenadas em B , conforme mostramos, a fim de encontrar o comprimento da corrente B A .

Passo 1

Desejamos encontrar o valor de d   e l d . Para isso vamos fazer o seguinte:

F h = T ⋅ cos ⁡ θ = 7000 ⋅ ( cos ⁡ ( 60 ° ) ) = 3500 N

Que é a componente horizontal da força em   A . Para descobrirmos o valor de algumas constantes que nos serão importantes para acharmos o valor de x vamos utilizar a seguinte equação

x = F h w 0 ⋅ sinh - 1 ⁡ 1 F h ⋅ w 0 ⋅ s + C 1 + C 2

x = 3500 18 ⋅ ( 9,81 ) ⋅ sinh - 1 ⁡ 1 3500 ⋅ 18 ⋅ ( 9,81 ) ⋅ s + C 1 + C 2

d y d x = 0   q u a n d o   s = 0

→ 1 F h ⋅ w 0 ⋅ s + C 1 = 0 → C 1 = 0

Além disso, para x = 0 → s = 0 → C 2 . Então, vamos ter apenas

x = 19,82 ⋅ sinh - 1 ⁡ s 19,82   i o u   s = 19,82 ⋅ sinh ⁡ x 19,82   ( i i )

Podemos fazer ainda

d y d x = w 0 ⋅ s F h → s 19,82 = 18 ⋅ ( 9,81 ) 3500   ( i i i )

Substituindo i i   e m   ( i i i ) e integrando vamos obter

y = 19,82 cosh ⁡ x 19,82 + C 3

Quando x = 0   e   y = 0 → C 3 = - 19,82

y = 19,82 cosh ⁡ x 19,82 - 19,82

A inclinação do cabo em A é

d y d x = tan ⁡ 60 ° ≈ 1,732

Usando a equação ( i i i ) vamos ter

s a b ≈ 34,33 m

O comprimento da corrente vai ser, então,

l d = 40 - 34,33 = 5,67 m

Utilizando o valor de s a b na equação ( i ) vamos obter

x ≈ 26,10 m  

Dessa forma teremos

d = y ≈ 19,8 m

Resposta

l d = 5,67 m   e   d = 19,8 m

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