Enunciado

Para um quarto de elipse do Problema 9.67 , determine os momentos de inércia e o produto de inércia em relação a novos eixos obtidos por rotação dos eixos x e y em torno de O a de 45 ° no sentido anti-horário, b de 30 ° no sentido horário.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Temos que o momento de inércia em relação a x e y são dados por:

I x = π 16 2 a a 3

I x = π 8 a 4

I y = π 16 a 2 a 3

I x = π 2 a 4

O produto de inércia, de acordo com o exercício 9.67 é dado por:

I x y = 1 2 a 4

Passo 2

Analisando a soma e a diferença entre os momentos de inércia, temos:

1 2 I x + I y = 1 2 π 8 a 4 + π 2 a 4

1 2 I x + I y = 5 16 π a 4

E:

1 2 I x - I y = 1 2 π 8 a 4 - π 2 a 4

1 2 I x - I y = - 3 16 π a 4

Passo 3

De posse dos resultados anteriores podemos encontrar os momentos e produtos de inércia dos novos eixos devido a rotação.

I x ' = 1 2 I x + I y + 1 2 I x - I y cos ⁡ 2 θ - I x y sen ⁡ 2 θ

I x ' = 5 16 π a 4 + - 3 16 π a 4 cos ⁡ 2 θ - 1 2 a 4 sen ⁡ 2 θ

Temos também que:

I y ' = 1 2 I x + I y - 1 2 I x - I y cos ⁡ 2 θ + I x y sen ⁡ 2 θ

I y ' = 5 16 π a 4 - - 3 16 π a 4 cos ⁡ 2 θ + 1 2 a 4 sen ⁡ 2 θ

E:

I x ' y ' = 1 2 I x - I y sen ⁡ 2 θ + I x y cos ⁡ 2 θ

I x ' y ' = - 3 16 π a 4 sen ⁡ 2 θ + 1 2 a 4 cos ⁡ 2 θ

Passo 4

Agora que temos as equações, é só aplicar nos ângulos desejados. Para o item a , temos que θ = 45 ° :

I x ' = 5 16 π a 4 + - 3 16 π a 4 cos ⁡ 90 ° - 1 2 a 4 sen ⁡ 90 °

I x ' = 0,482 a 4

I y ' = 5 16 π a 4 - - 3 16 π a 4 cos ⁡ 90 ° + 1 2 a 4 sen ⁡ 90 °

I y ' = 1,482 a 4

I x ' y ' = - 3 16 π a 4 sen ⁡ 90 ° + 1 2 a 4 cos ⁡ 90 °

I x ' y ' = - 0,589 a 4

Passo 5

Para o item b , temos que θ = - 30 ° :

I x ' = 5 16 π a 4 + - 3 16 π a 4 cos ⁡ - 6 0 ° - 1 2 a 4 sen ⁡ - 6 0 °

I x ' = 1 , 12 a 4

I y ' = 5 16 π a 4 - - 3 16 π a 4 cos ⁡ - 60 ° + 1 2 a 4 sen ⁡ - 60 °

I y ' = 0,843 a 4

I x ' y ' = - 3 16 π a 4 sen ⁡ - 60 ° + 1 2 a 4 cos ⁡ - 60 °

I x ' y ' = 0,76 a 4

Resposta

a ) I x ' = 0,482 a 4

I y ' = 1,482 a 4

I x ' y ' = - 0,589 a 4

b )   I x ' = 1,12 a 4  

I y ' = 0,843 a 4

I x ' y ' = 0,76 a 4

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