Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Estática Volume 1 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 5.3 - Ex. 28
Localize o centroide da área mostrada na figura por integração direta. (Cuidado: Observe cuidadosamente o sinal correto da raiz envolvida.)
Passo 1
Sabendo que as equações para encontrar o centroide é dado por:
Dessa maneira, vamos primeiro encontrar a área do problema.
Passo 2
Mas antes vamos escolher um elemento de área, para assim podermos integrar, com isso:
Pronto! Escolhido o elemento de área vamos integrar ele em relação a y e temos a nossa área. Dessa maneira:
Agora precisamos encontrar a função que corresponde a x, dessa maneira, como é um semiciclo ele pode ser descrito por:
Isolando x, temos:
Passo 3
Tendo a função que descreve o nosso problema fica mais fácil de integrar, dessa maneira a área é dada por:
Agora basta resolvermos essa integral que teremos nossa área, sendo que:
A primeira parte da integral é dada por:
Porém a segunda parte é:
Aplicar integral por substituição: y = .
Lembre-se da identidade:
Portanto:
Passo 4
Ante de aplicar a equação para achar o centroide na coordenada x, vamos resolver a integral:
Depois é só dividir pela área que teremos o ponto.
Cuidado! Para encontrarmos o centroide em relação a x, teremos que ter um cuidado, o ponto X na nossa delimitação da área está no meio dos extremos, ou seja,
Com isso,
Logo,
Substituindo a nossa função na integral, teremos:
Resolvendo esta integral vamos ter:
Pronto! Só substituir na equação, se tiver alguma dificuldade na resolução das integrais recomendo que revise o assunto de substituição em cálculo que encontra na própria plataforma. Agora vamos substituir:
Passo 5
Vamos encontrar o centroide em relação a coordenada y.
Com isso, antes de aplicar a equação para achar o centroide na coordenada y, vamos resolver a integral:
Depois é só dividir pela área que teremos o ponto.
Logo,
Passo 6
Agora substituindo na equação do centroide, temos: