Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - J. L. Meriam - Estática - Mecânica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 83
Como parte de uma verificação de seu projeto, o braço inferior de suspensão (parte da suspensão de um automóvel) é sustentado por mancais em e submetido ao par de forças de . A mola da suspensão, não mostrada para melhor clareza da figura, exerce uma força , como mostrado, em que está no plano . Determine o módulo da força da mola e os módulos das forças dos mancais em , que são perpendiculares ao eixo da dobradiça.
Passo 1
Primeiro vamos definir os nossos eixos
E as forças atuando no sistema são as seguintes: as duas forças de em , a força da mola, e as forças e que queremos calcular. Como o enunciado diz que essas duas forças são perpendiculares ao eixo , sabemos que elas não tem nenhuma componente no eixo , ou seja:
E a força também pode ser escrita na forma vetorial
Não vamos desenhar todas essas componentes no desenho para evitar uma confusão, mas elas são fáceis de imaginar por serem paralelas aos eixos
Passo 2
Ok, agora vamos analisar as condições de equilíbrio. Os momentos precisam ser nulos em relação a todos os eixos, ou seja
Olhando para a figura vamos escrever as expressões para cada um desses momentos, começando pelo eixo
Todas as forças em e têm momento nulo em relação a , porque seus pontos de aplicação estão sobre esse eixo. Então só escrevemos os momentos das duas forças de e de uma componente da força .
Dessa vez as componentes da força e uma das forças de estão sobre o eixo, e é paralela a ele. E, agora, é só seguir a mesma lógica para escrever
Passo 3
Ótimo, agora vamos organizar todas essas equações em um sistema dado por
Simplificando tudo quanto for possível obteremos
Substituindo a primeira equação nas outras duas vamos encontrar
OK, já encontramos as componentes da força e a força .
Passo 4
Vamos usar a condição de equilíbrio das forças para encontrar a força , isso é bem mais simples do que analisar os momentos. Na direção do eixo temos as seguintes forças
E na direção :
E substituindo os valores ficamos com um sistema bastante simples
E então
Agora só falta calcular os módulos das duas forças e
Pronto, tá resolvido nosso problema.