Enunciado

A matriz de rosqueamento é aparafusada na extremidade do tubo fixo, que é dobrado em um ângulo de 20 ° . Substitua as duas forças por uma força equivalente em O e um binário  M O → . Encontre M O → e calcule a magnitude M ' do momento que tende a enroscar o tubo no bloco fixo em torno de seu eixo angular através de O.

Passo 1

Fala galera! Tudo certo? Vamos dividir a resolução em algumas etapas, beleza? Prometo que vai ser bem rapidinho!

O enunciado nos pede duas coisas:

i) Determinar um sistema força-binário equivalente ( R → M O → ) às duas forças originais em O;

ii) Encontrar o módulo M ' do momento que tende a enroscar o tubo fixo.

Show! O primeiro passo é substituir as duas forças pela resultante  R → . Pra isso, é só somar vetorialmente as duas forças. Sim! Simples assim

R → = F 1 → + F 2 →

R → = 30 j ^ - 40 j ^   l b

R → = - 10 j ^   l b

Passo 2

Feito isso, bora continuar nossa resolução! O momento sobre o ponto O ( M O → ) do sistema força-binário equivalente também é bem intuitivo. Como temos duas forças, precisamos dos dois vetores distância que representam suas localizações em relação ao ponto O.

Para F 1 → :

r 1 → = - 10 - 6 sen ⁡ ( 20 ° ) i ^ + 0 j ^ + ( 8 + 6 cos ⁡ ( 20 ° ) ) k ^

r 1 → = - 12,05 i ^ + 13,64 k ^   i n

Para F 2 → :

r 2 → = 10 - 6 sen ⁡ ( 20 ° ) i ^ + 0 j ^ + ( 8 + 6 cos ⁡ ( 20 ° ) ) k ^

r 2 → = 7,95 i ^ + 13,64 k ^   i n

Boa! Agora para calcular o momento, é só fazer a soma dos produtos vetoriais de cada força pelos seus respectivos vetores distância.

M O → = r 1 → × F 1 → + r 2 → × F 2 →

M O → = - 12,05 i ^ + 13,64 k ^ × 30 j ^ + 7,95 i ^ + 13,64 k ^ × - 40 j ^

M O → = - 361,5 k ^ - 409,2 i ^ - 318 k ^ + 545,6 i ^

M O → = 136,4 i ^ - 679 k ^   l b ∙ i n

Passo 3

Tudo certo? Bora pra nossa última etapa então! O enunciado pediu para determinar o módulo do momento que tende a enroscar o tubo fixo. Para isso precisamos fazer a projeção do momento que nós já calculamos nesse tubo fixo. Como sabemos que ele faz um ângulo de 20 ° com o eixo z , basta decompor as componentes de M O → em relação a esse ângulo:

M ' = M x sen ⁡ ( 20 ° ) + M z cos ⁡ ( 20 ° )

Lembrando que estamos falando de módulo!

M ' = 136,4 sen ⁡ ( 20 ° ) + 679 cos ⁡ ( 20 ° )

M ' = 685   l b ∙ i n

Ufa! Essa já foi hein? Partiu pra próxima!

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Resposta

R → = - 10 j ^   l b

M O → = 136,4 i ^ - 679 k ^   l b ∙ i n

M ' = 685   l b ∙ i n

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