Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 6.4 - Ex. 72
A viga esbelta de possui uma massa de e é liberada a partir do repouso na posição horizontal em . Se o coeficiente de atrito estático entre o suporte fixo junto a e a viga é de , determine o ângulo no qual o deslizamento ocorre pela primeira vez em . O resultado depende da massa da viga.
Passo 1
Vamos começar calculando o momento de inércia da viga em relação ao ponto :
Onde é a distância entre o centro de massa e o ponto :
E agora vamos encontrar uma expressão para a aceleração angular:
A única força que produz momento em relação ao ponto é o peso da viga. A componente perpendicular do peso varia conforme o ângulo aumenta:
Então a aceleração angular é:
Passo 2
Agora vamos usar a segunda lei de Newton para determinar o que acontece quando barra está prestes a deslizar.
Na direção tangencial (que é perpendicular à barra), temos a seguinte expressão:
E aceleração tangencial do centro de massa é:
E as forças que agem nessa direção são a normal no ponto e uma componente da força peso:
Na direção normal, que é paralela à barra, temos o seguinte:
E as forças que agem nessa direção são a força de atrito e a outra componente do peso:
E quando a barra está prestes a deslizar, a força de atrito está no seu valor máximo, e portanto:
Substituindo isso na equação que encontramos, ficamos com o seguinte sistema de duas equações:
Dividindo as duas equações:
Então precisamos encontrar para poder resolver o problema.
Passo 3
Queremos encontrar para um certo valor de , sabendo que e . Sabemos também a aceleração angular em função de .
Então vamos nos lembrar da seguinte relação:
E então:
Agora vamos integrar nos dois lados, e substituir a nossa função :
E então vamos substiuir isso na última expressão que encontramos:
Resposta
O deslizamento ocorre pela primeira vez em .