Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Resistência dos materiais - 7ª Edição - Russel C. Hibbeler- Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 66
O poste é feito de alumínio e tem de diâmetro. Está preso aos suportes e e em seu centro há uma mola espiral acoplada ao colar rígido. Se a mola não estiver comprimida na posição original, determine as reações em e quando a força é aplicada ao colar.
Passo 1
Um poste está mantido entre duas paredes: e . Em seu centro (, uma mola não deformada está acoplada até a extremidade . Uma força é aplicada em para baixo.
Características do poste:
- Alumínio : (Tabelado)
- Diâmetro: .
- Comprimento inicial: .
Características da mola:
- Rigidez: .
- Está não deformada antes de aparecer.
O forçamento vai comprimir a metade de baixo do poste ( e esticar a parte de cima (). Além disso, vai comprimir a mola também, então ela vai reagir com uma força.
Queremos descobrir as reações e .
Passo 2
Como sempre, se queremos forças então precisamos do diagrama de corpo livre.
Ah, só temos uma direção para trabalhar, aí fica fácil! Equilíbrio de forças:
A força é desenvolvida pela mola. Ela depende de o quanto a metade inferior do poste é comprimido. Vamos chamar esse deslocamento de e substituir logo a relação linear da força de uma mola com rigidez :
Três incógnitas e uma equação apenas! Vamos buscar mais delas pelas condições de compatibilidade.
Passo 3
Para a condição de compatibilidade, precisamos ver o quanto cada parte do poste é deformado e como. Vamos pegar uma seção acima de e uma seção abaixo de .
A força puxa para baixo, então dois efeitos irão ocorrer:
- A seção superior () sofre uma tração, alongando um comprimento .
- A seção inferior () sofre uma compressão, diminuindo um comprimento .
Pela fórmula da relação carga-deslocamento, podemos de cara já achar uma equação pra :
Agora vem o grande macete desses exercícios. O poste está entre duas paredes rígidas! Então ele não pode ultrapassar elas. O resultado dos dois efeitos (aumentar e diminuir) tem que ser zero:
Passo 4
Use as duas relações que achamos na equação que veio do equilíbrio.
A área do poste é . Substituindo os valores:
Resposta
Reações em e : .