Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Dinâmica: Mecânica para Engenharia - 12ª Edição - Russel C. Hibbeler- Ed: 12º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 63
Um veículo é projetado para combinar a sensação de uma motocicleta com o conforto e a segurança de um automóvel. Se o veículo está se movendo a uma velocidade constante de 80 km/h ao longo de uma estrada circular curva de raio 100 m, determine o ângulo de inclinação do veículo de maneira que somente uma força normal do assento atue sobre o motorista. Despreze a dimensão do motorista.
Passo 1
A chave de problemas de cinética está no diagrama de corpo livre. Ao identificarmos todas as forças que o nosso problema está sujeito, conseguiremos visualizar o que há de ser feito mais facilmente.
Relembrando do capítulo de cinemática, vimos que a aceleração centrípeta de um corpo é dada por:
Vamos a questão então!
Passo 2
Vamos começar por esboçar o diagrama de corpo livre. Considerando a pessoa como uma partícula, temos o seguinte diagrama:
Como requisitado pelo problema, precisamos determinar uma inclinação para que, no somatório das forças, apenas a força normal atue sobre o motorista. Pelo diagrama, percebemos que também há uma força peso.
Portanto, a força normal deve contrabalancear a força peso na direção b. Desta forma, a resultante do somatório destas forças será a componente na direção normal da força normal.
Passo 3
Vamos descobrir a relação da força normal com a força peso. Para isto, façamos o somatório das forças na direção b, perpendicular ao plano da trajetória do carro. Desta forma,
Agora, vamos fazer o somatório das forças na direção normal. Portanto,