Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Estática Volume 1 - 7ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 7º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 114
O projeto de uma chave de correia para soltar filtro de óleo está mostrado na figura. Se o coeficiente de atrito entre a correia e o filtro vale 0,25, determine o valor mínimo de que assegura que a chave não vai escorregar em torno do filtro, independentemente do módulo da força . Despreze a massa da chave e considere que o efeito da pequena peça em é equivalente àquele de uma volta de correia que começa na posição correspondente a três horas e segue no sentido horário.
Passo 1
Temos atuando no cabo da chave três forças: a carga e as duas trações causadas pela correia em e . Primeiro vamos achar a relação entre essas duas trações. Usamos a fórmula para o equilíbrio de uma corda enrolada em torno de uma superfície:
Sendo e as trações maior e menor nas extremidades da correia, o ângulo total de enrolamento do cabo e o coeficiente de atrito entre a correia e o filtro. Depois de encontrar a relação entre as trações e , fazemos o momento em torno do ponto de aplicação de ser zero e então determinamos . Fazemos o momento em torno de esse ponto pois não entra nas contas, então pode ser qualquer valor, como dito no enunciado.
Passo 2
Primeiro vamos definir o ângulo que a correia cobre na superfície circular.
O triângulo mostrado na figura contem o ângulo suplementar a , que é ou em radianos. Pelo triângulo retângulo, calculamos o cosseno de :
Então achamos o valor de e consequentemente de :
Passo 3
Então aplicamos a fórmula, e descobrimos em função de :
Passando para a forma exponencial:
Passo 4
Agora vamos representar o cabo em diagrama de corpo livre, para fazer o momento em torno do ponto de aplicação de ser zero. Pela configuração do cabo, a tração maior deve ser pra cima, pois a diferença entre a componentes verticais de e deve ser igual a .
O ângulo é encontrado facilmente pelo triângulo retângulo:
O ângulo é obtido desenhando o mesmo triângulo retângulo na parte de baixo:
Achamos através do seno:
Ainda estamos representando os ângulos em radianos. Não precisamos do valor exato de pois só usaremos seu seno, para calcular a componente vertical de . Agora fazemos o momento em torno do ponto de aplicação de ser zero:
Substituímos por e os senos:
Agora cortamos :