Enunciado

Para a treliça espacial mostrada, verifique a suficiência dos apoios e também o número e arranjo dos elementos para garantir que ela seja estaticamente determinada, tanto externa quanto internamente. Determine as forças nos elementos A E , B E , B F e C E .

Passo 1

A treliça está estaticamente determinada em relação aos apoios externos se temos 6 forças indeterminadas nos apoios. Temos 3 em C, 2 em B e 1 em D, então acondição está satisfeita. Podemos ver que o ponto E está ligado a B, C e D que são fixos, então E está fixo. Como A está ligado a B, D e E, A também está fixo. Finalmente, F está ligado a A, B e E então também está fixo. Temos então a treliça estaticamente determinada interna e externamente.

Passo 2

Vamos primeiro observar que há alguns elementos que não aplicam forças na treliça. Olhando para F, vemos que as trações de AF e BF não são capazes de se anular simultaneamente nas direções y e z , então temos obrigatoriamente:

A F = B F = 0

Isso resulta que:

E F = L   ( T )

Passo 3

Agora, como A F = 0 , não há nenhuma força que possa anular uma carga feita na direção z por A E , então:

A E = 0

Sobram em A as forças A B e A D que são perpendiculares, então, temos claramente que

A B = A D = 0

Passo 4

Falta achar B E e C E . Temos só 3 incógnitas no nó E : B E ,   C E e D E , então vamos calcular as equações de equilíbrio para esse nó. O procedimento é encontrar os vetores unitários que indicam o sentido e direção de cada uma dessas forças e depois com isso somar tudo e igualar a zero. Primeiro para B E :

r → E B = 1,5 a i ^ + a 3 2 j ^ - a 2 k ^ = 1,5 a i ^ + 0,866 a j ^ - 0,5 a k ^

n ^ E B = 1,5 a i ^ + 0,866 a j ^ - 0,5 a k ^ 1,5 a 2 + 0,866 a 2 + 0,5 a 2 = 1,5 a i ^ + 0,866 a j ^ - 0,5 a k ^ 3,25 a

n ^ E B = 0,832 i ^ + 0,48 j ^ - 0,277 k ^

Agora para C E :

r → E C = 0,866 a j ^ - 0,5 a k ^

Como o módulo do vetor é igual a A :

n ^ E C = 0,866 j ^ - 0,5 k ^

Finalmente fazemos para D E , analogamente a como fizemos para E C :

n ^ E D = 0,866 j ^ + 0,5 k ^

Passo 5

Agora fazemos a soma das forças em E ser zero:

T → E B + T → E C + T → E D - L k ^ = 0

⇒ T E B 0,832 i ^ + 0,48 j ^ - 0,277 k ^ + T E C 0,866 j ^ - 0,5 k ^ + T E D 0,866 j ^ + 0,5 k ^ + L i ^ - L j ^ = 0

Temos então três equações. Da primeira:

0,832 T E B + L i ^ = 0 ⇒ T E B = - L 0,832 = - 1,202 L

Do equilíbrio em y :

0,48 T E B + 0,866 T E C + 0,866 T E D - L = 0

Substituindo T E B :

- 0,48 1,202 L + 0,866 T E C + 0,866 T E D - L = 0

⇒ - 0,577 L + 0,866 T E C + 0,866 T E D - L = 0 ⇒ 0,866 T E C + 0,866 T E D = 1,577 L

Dividindo tudo por 0,866 e isolando T E C :

T E C + T E D = 1,821 L ⇒ T E C = 1,821 L - T E D

Agora o equilíbrio em z :

- 0,277 T E B - 0,5 T E C + 0,5 T E D = 0

Substituindo T E B e T E C :

- 0,277 - 1,202 L - 0,5 1,821 L - T E D + 0,5 T E D = 0

⇒ 0,333 L - 0,911 L + 0,5 T E D + 0,5 T E D = 0

⇒ T E D = 0,578 L

Agora achamos T E C :

T E C = 1,821 L - T E D = 1,821 L - 0,578 L = 1,243 L

Então:

B E = - 1,202 L ( C )

C E = 1,243 L   ( T )

Resposta

A E = B F = 0

B E = - 1,202 L ( C )

C E = 1,243 L   ( T )

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