Enunciado

Usando a equação derivada da parte b do Prob. 7.126, mostrar que, em qualquer seção transversal da viga da Fig. 7.24, onde x ≥ 0,5444   c , o maior valor de σ m á x ocorre para y = c . (Sugestão: Denotando por σ m , o valor correspondente de σ m á x para y = c e as posições x c = u e y c = v , escrever uma equação definindo os valores de v para σ m á x = σ m , e mostrar que, para u ≥ 0,5444 , a única raiz real dessa equação é v = 1 ).

Passo 1

Bom para começar essa questão vamos relembrar a equação que foi mencionada! É essa coisa bonita aqui...

σ m á x = 3 2 P A x y c 2   1 + 1 + c 2 - y 2 x y 2  

Vamos seguir a sugestão do problema que consiste em fazer as seguintes substituições:

u = x c

v = y c

Passo 2

Com essa substituição vamos ficar com o seguinte:

σ m á x = 3 2 P A ( u c ) ( v c ) c 2   1 + 1 + c 2 - ( v c ) 2 ( u c ) ( v c ) 2  

σ m á x = 3 2 P A ( u v )   1 + 1 + 1 - v 2 ( u v ) 2  

Beleza! Agora o problema também sugere estabelecer um σ m para quando y = c , ou seja, v = 1 . Vamos fazer isso!

σ m = 3 2 P A ( u )   1 + 1 + 1 - 1 ( u ) 2  

σ m = 3 2 P A u × 2  

σ m = 3 P A u  

Passo 3

Galera, ainda seguindo os passos da sugestão da questão vamos considerar que σ m = σ m á x olha só!

3 P A u = 3 2 P A ( u v )   1 + 1 + 1 - v 2 ( u v ) 2  

Desenvolvendo vamos obter:

1 = v 2   1 + 1 + 1 - v 2 ( u v ) 2  

2 v =   1 + 1 + 1 - v 2 ( u v ) 2  

2 v - 1 =   1 + 1 - v 2 ( u v ) 2  

Agora fica mais fácil para elevar ambos os lados da equação ao quadrado:

2 v - 1 2 = 1 + 1 - v 2 u v 2 2  

4 v 2 - 4 v + 1 =   1 + 1 - v 2 ( u v ) 2  

4 v 2 - 4 v =   1 - v 2 ( u v ) 2  

Colocando 4 / v em evidência:

4 v 1 v - 1 = 1 - v 2 2 u 2 v 2  

4 1 v - 1 = 1 - v 2 2 u 2 v  

Agora vamos tentar acabar com as frações!

( u 2 v ) 4 1 v - 1 = 1 - v 2 2  

4 u 2 - 4 u 2 v = 1 - v 2 2  

Utilizando o produto notável a 2 - b 2 = ( a + b ) ( a - b )

4 u 2 - 4 u 2 v = [ ( 1 + v ) 1 - v ] 2  

4 u 2 - 4 u 2 v = 1 + v 2 1 - v 2  

4 u 2 ( 1 - v ) = 1 + v 2 1 - v 2  

Pessoal, como a gente já sabe que v = 1 vai ser uma raiz a gente não pode cortar o termo ( 1 - v ) ok?

Passo 4

Agora temos uma relação beeem mais simples entre u e v , correto?

Lembrando que a gente tem que mostrar que, para u ≥ 0,5444 , a única raiz real dessa equação é v = 1 .

4 u 2 ( 1 - v ) = 1 + v 2 1 - v 2  

De fato, para que essa equação esteja correta, considerando que u ≥ 0,5444 é se v = 1 !

Podemos mostrar isso considerando que v ≠ 1 , assim vamos poder fazer a simplificação:

4 u 2 = 1 + v 2 ( 1 - v )  

Vamos substituir u = 0,5444

4 ( 0,5444 ) 2 = 1 + v 2 ( 1 - v )  

1 + v 2 1 - v = 1,1855

Essa equação de terceiro grau irá ter duas raízes complexas e uma negativa, como v é uma dimensão real sobre outra, então é claro que nenhuma dessas três raízes pode ser solução. Desta forma, realmente v = 1 é a única solução =D

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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