SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 54
Baixar para ler offline
Universidade Federal de Alagoas
Universidade Federal de Alagoas
Centro de Tecnologia
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil
Curso de Engenharia Civil
Disciplina:
Disciplina: Mecânica dos Sólidos 1
Mecânica dos Sólidos 1
Código
Código ECIV018
ECIV018
Código:
Código: ECIV018
ECIV018
Professor:
Professor: Eduardo Nobre Lages
Eduardo Nobre Lages
Corpos Rígidos: Sistemas
Corpos Rígidos: Sistemas
Equivalentes de Forças
Equivalentes de Forças
Equivalentes de Forças
Equivalentes de Forças
Maceió/AL
Maceió/AL
Objetivo
Objetivo
Estudo do efeito de sistemas
de forças não concorrentes.
For
Forç
ças Concorrentes e Não
as Concorrentes e Não
Concorrentes
Concorrentes
•
• For
Forç
ças concorrentes centradas
as concorrentes centradas
– Podem induzir apenas a translações
•
• For
Forç
ças não concorrentes e concorrentes não centradas
as não concorrentes e concorrentes não centradas
– Podem induzir a rotações combinadas ou não com
translações
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Ponto
ão a um Ponto
Uma força aplicada num corpo cria, em relação a um ponto de
referência, uma tendência de giro em torno de um eixo
perpendicular ao plano formado pelo vetor raio e o vetor força.
F
r
A
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Ponto
ão a um Ponto
Vamos associar essa tendência de giro a um vetor momento,
na direção e sentido da tendência de giro.
O que induz a uma maior ou menor
tendência de rotação produzida
por uma força é o chamado braço
de alavanca (distância do ponto
de referência à linha de ação da
força).
F
r
A
MO
d
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Ponto
ão a um Ponto
F
r
A
MO
d
MO = F d
MO = r x F
MO
Resumindo:
Resumindo:
Componentes Retangulares
Componentes Retangulares
do Momento de uma For
do Momento de uma Forç
ça
a
A
B
x
y
z
F
r
F = (Fx; Fy; Fz)
r = (rx; ry; rz)
F
r
MA
r
r
r
×
=
( )
x
y
y
x
z
x
x
z
y
z
z
y
A F
r
F
r
;
F
r
F
r
;
F
r
F
r
M −
−
−
=
r
z
y
x
z
y
x
A
F
F
F
r
r
r
k̂
ĵ
î
M =
r +
-
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Ponto
ão a um Ponto
Exemplo
Exemplo:
:
Os braços AB e BC de uma luminária estão em um plano
vertical que forma um ângulo de 30º com o plano xy. Para
reposicionar o feixe de luz, é aplicada uma força de
intensidade 8 N em C. Determine
o momento dessa força em
relação a O sabendo que
AB = 450 mm, BC = 325 mm
e a linha CD é paralela ao
eixo z.
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Ponto
ão a um Ponto
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
F
o
o
x
F 20
sin
45
cos
8
−
=
o
y
F 45
sin
8
−
=
o
o
z
F 20
cos
45
cos
8
=
( ) o
o
o
x
r 30
cos
50
sin
325
45
sin
450 +
=
o
o
y
r 50
cos
325
45
cos
450
150 −
+
=
( ) o
o
o
z
r 30
sin
50
sin
325
45
sin
450 +
=
r
F
r
M
r
r
r
×
=
O
4
5
0
m
m
3
2
5
m
m
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Ponto
ão a um Ponto
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
N
935
,
1
−
=
x
F
N
657
,
5
−
=
y
F
N
316
,
5
=
z
F
mm
2
,
491
=
x
r
mm
3
,
259
=
y
r
mm
6
,
283
=
z
r
F
r
5,316
5,657
1,935
283,6
259,3
491,2
k̂
ĵ
î
F
r
M
−
−
=
×
=
r
r
r
O
( )N.mm
0
,
2277
;
0
,
3160
;
8
,
2982
M −
−
=
O
r
Teorema de
Teorema de Varignon
Varignon
O momento gerado por um sistema de forças concorrentes
pode ser calculado somando-se os momentos de cada força
ou avaliando-se o momento da força resultante
equivalente.
R
P
S
Q
0
0
A
A
r
r
S
r
Q
r
P
r
MO
r
r
r
r
r
r
r
×
+
×
+
×
=
( )
S
Q
P
r
MO
r
r
r
r
r
+
+
×
=
R
r
MO
r
r
r
×
=
Teorema de
Teorema de Varignon
Varignon
Exemplo
Exemplo:
:
Uma força de 800 N atua sobre um suporte, conforme
mostra a ilustração abaixo. Determine o momento da
força em relação ao ponto B.
A
B
160
mm
200 mm
60º
800 N
A
B
160
mm
200 mm
60º
800 N
256,125
mm
Teorema de
Teorema de Varignon
Varignon
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
1ª estratégia – uso direto da definição
30º
38,660º
d
d = 256,125·cos 8,660º
d = 253,205 mm
+ M = 800·d
M = 800·253,205
M = 202564 N· mm
A
B
160
mm
200 mm
60º
800 N
Teorema de
Teorema de Varignon
Varignon
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
2ª estratégia – uso do Teorema de Varignon
+ M = 800· cos60º· 160 +
800· sin60º· 200
M = 202564 N· mm
800 cos 60º
800 sin 60º
Teorema de
Teorema de Varignon
Varignon
Exemplo
Exemplo:
:
relação a C da força
resultante RA exercida
pela linha em A.
Um bote está pendurado em dois suportes, um dos
quais é mostrado na figura. A tração na linha ABAD é
de 182 N. Determine o momento em
Teorema de
Teorema de Varignon
Varignon
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
TAB
TAD
TAB
rCA
Teorema de Varignon
Teorema de Varignon
Teorema de Varignon
Teorema de Varignon
Exemplo
Exemplo (continuação):
(continuação):
p
p ( ç )
( ç )
AD
AD
AD T
T λ̂
=
r
AB
AB
AB T
T λ̂
=
r ( )
292
,
0
;
757
,
0
;
585
,
0
ˆ −
−
=
AD
λ
( )
000
0
000
1
000
0
λ̂
AB
AB
AB
N
182
=
= AD
AB T
T
( )
000
,
0
;
000
,
1
;
000
,
0 −
=
AB
λ
( )N
2
,
53
;
7
,
137
;
4
,
106 −
−
=
AD
T
r
r
r
r
r
( )N
0,0
;
0
,
182
;
0
,
0 −
=
AB
T
r
AB
AB
AD T
T
T
R +
+
=
( )N
2
,
53
;
7
,
501
;
4
,
106 −
−
=
R
r
( )m
0 73
;
1 89
;
00
0
=
r
r
2
53
7
501
4
106
73
,
0
89
,
1
00
,
0
ˆ
ˆ
ˆ
=
k
j
i
( )m
0,73
;
1,89
;
00
,
0
=
CA
r
R
r
M CA
C
r
r
r
×
=
2
,
53
7
,
501
4
,
106 −
−
( )N.m
1
,
201
;
7
,
77
;
7
,
265 −
=
Produto Escalar entre
Produto Escalar entre
Dois Vetores
Dois Vetores
P
r
Q
r
θ
Q
P
r
r
⋅ θ
PQcos
=
z
z
y
y
x
x Q
P
Q
P
Q
P +
+
=
x
y
z
P
r
λ̂
Proje
Projeç
ção de um Vetor e Vetor
ão de um Vetor e Vetor
Proje
Projeç
ção em uma Dire
ão em uma Direç
ção
ão
( )λ̂
λ̂
P
POL ⋅
=
r
r
λ̂
P
POL ⋅
=
r
( )
z
y θ
θ
θ cos
;
cos
;
cos
λ̂ x
=
F
MO
r
λ
^
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Eixo
ão a um Eixo
MOL
= λ
^ .( x )
r F
O momento de uma força em relação a um eixo é dado
pelo produto triplo envolvendo um vetor unitário que
define o eixo de interesse, um vetor raio que nasce em
qualquer ponto no eixo e vai até qualquer ponto ao longo
da linha de ação da força envolvida e esse vetor força.
F
MO
r
λ
^
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Eixo
ão a um Eixo
MOL
= λ
^ .( x )
r F
( )
z
y
x λ
;
λ
;
λ
λ̂ =
( )
z
y
x r
;
r
;
r
r =
r
( )
z
y
x F
;
F
;
F
F =
r
z
y
x
z
y
x
z
y
x
OL
F
F
F
r
r
r
λ
λ
λ
M =
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Eixo
ão a um Eixo
Exemplo
Exemplo:
:
O suporte ACD está articulado em A e D e é sustentado
por um cabo que passa através do anel em B e que está
preso nos ganchos em G e
H. Sabendo que a tração
no cabo é de 450 N,
determine o momento, em
relação à diagonal AD, da
força aplicada no suporte
pelo segmento BH do
cabo.
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Eixo
ão a um Eixo
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
BH
λ̂
450
TBH =
r
BH
BH
BH =
λ̂
DA
DA
DA =
λ̂
450 N
AB
=
AB
r
r
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Eixo
ão a um Eixo
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
( )N
300
300;
;
150
TBH −
=
r
( )
667
,
0
;
667
,
0
;
333
,
0
ˆ −
=
BH
λ
450 N
( )m
0,0
0,0;
;
5
,
0
rAB =
r
( )
600
,
0
;
000
,
0
;
800
,
0
ˆ −
=
DA
λ
( )
300
300
150
0,0
0,0
0,5
0,600
0,000
0,800
T
r
ˆ
M BH
AB
DA
−
−
=
×
⋅
=
r
r
DA
λ
N.m
0
,
90
MDA =
O
1
r
r
Momento de uma For
Momento de uma Forç
ça em
a em
Rela
Relaç
ção a um Eixo
ão a um Eixo
( )
F
r
MOL
r
r
×
⋅
= λ̂
( ) ( )
[ ]
2
1
2
1
ˆ F
F
r
r
MOL
r
r
r
r
+
×
+
⋅
= λ
( ) ( )
( ) ( )
2
2
1
2
2
1
1
1
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
F
r
F
r
F
r
F
r
MOL
r
r
r
r
r
r
r
r
×
⋅
+
×
⋅
+
×
⋅
+
×
⋅
=
λ
λ
λ
λ
( )
2
2
ˆ F
r
MOL
r
r
×
⋅
= λ
Quem contribui
Quem contribui?
?
λ̂
r
r
F
r
2
r
r
2
F
r
1
F
r
L
A
Q
0 0
0
Bin
Biná
ário
rio
Defini
Definiç
ção
ão:
: Sistema particular de duas forças de mesma
intensidade, linhas de ação paralelas e sentidos opostos.
As duas forças não irão transladar o corpo
sobre o qual atuam, mas tenderão a fazê-lo
girar.
F
-F d
MO
rB
Momento de um Bin
Momento de um Biná
ário
rio
rA
O
=
O
M
r
( )
F
r
F
r B
A
r
r
r
r
−
×
+
× F
r
F
r B
A
r
r
r
r
×
−
×
= ( ) F
r
r B
A
r
r
r
×
−
=
F
r
MO
r
r
r
×
=
r
A
F
B
-F
M
O
r
A
F
B
-F
Momento de um Bin
Momento de um Biná
ário
rio
d
θ
F
r
M
r
r
r
×
=
rFsinθ
M = Fd
M =
O vetor momento representativo da
tendência de giro é perpendicular ao
plano das forças (regra da mão direita).
O vetor momento de um binário independe
do ponto de referência, caracterizando-o
como um vetor livre que pode ser
representado em qualquer posição.
Bin
Biná
ários Equivalentes
rios Equivalentes
Adi
Adiç
ção de Bin
ão de Biná
ários
rios
Binários são representados por vetores e
por sua vez podem ser combinados
empregando-se a lei do paralelogramo.
M1
MR
M2
A
Exemplo
Exemplo:
:
Duas cavilhas de 60 mm de diâmetro são montadas sobre uma placa de aço
em A e C e duas barras são presas à placa em B e D. Uma corda é passada
em torno das cavilhas, enquanto as barras exercem forças de 10 N sobre
a placa. (a) Determine o binário resultante que atua sobre a placa quando
T = 36 N. (b) Se apenas a corda for usada, em que direção ela deverá ser
puxada para se criar o mesmo binário com a mínima tração na corda? Qual
o valor da tração mínima? 10 N
10 N
A B
C
D
T
T
380 mm
285 mm
Adi
Adiç
ção de Bin
ão de Biná
ários e
rios e
Bin
Biná
ários Equivalentes
rios Equivalentes
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
10 N
10 N
A B
C
D
T = 36 N
T = 36 N
380 mm
285 mm
345 mm
10·380 – 36·345
+ = -8620 N·mm
M = 8620 N · mm
M =
(a)
Adi
Adiç
ção de Bin
ão de Biná
ários e
rios e
Bin
Biná
ários Equivalentes
rios Equivalentes
A B
C
D
380 mm
285 mm
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
M = 8620 N · mm
(b)
Sabe-se que a intensidade
do momento gerado por um
binário é dada pelo produto
da intensidade da força que
forma o binário pelo braço
de alavanca. Como se deseja
minimizar a força, deve-se
maximizar o braço de
alavanca.
Tmin
Tmin
M = Tmin ·dmax
60
285
380
d 2
2
max +
+
= mm
535
=
535
8620
Tmin = Tmin = 16,1 N
dmax
Adi
Adiç
ção de Bin
ão de Biná
ários e
rios e
Bin
Biná
ários Equivalentes
rios Equivalentes
A
0
F
M = rOA x F
Substitui
Substituiç
ção de uma For
ão de uma Forç
ça
a
por uma For
por uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
Motiva
Motivaç
ção
ão:
: Como modificar a linha de ação de uma força
mantendo os mesmos efeitos sobre o corpo em que atua?
A
0
F
A
0
F
-F F
onde M = F·d
d
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a uma For
as a uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
A estratégia anterior pode
ser aplicada com cada uma
das forças do sistema
original, tendo como
referência o mesmo ponto O.
Após isso, combinam-se as forças e
os vetores momentos originários dos
binários, chegando-se ao sistema
resultante equivalente com uma única
força e um único vetor momento.
R
M
F3
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a uma For
as a uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
Exemplo
Exemplo:
:
À medida que buchas de plástico são
inseridas em um recipiente cilíndrico
de chapa metática de 75 mm de
diâmetro, a ferramenta de inserção
exerce sobre o invólucro as forças
mostradas. Cada uma das forças é
paralela a um dos eixos de
coordenadas. Substitua essas forças
por um sistema força-binário em C.
C
A
B
D
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a uma For
as a uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
( )N
0
22,5;
0;
FA −
=
r
( )mm
5
,
37
;
0
0;
rA −
=
r
( )N
0
,5;
13
0;
FB −
=
r
( )mm
5
,
37
;
0
25;
rB −
=
r
( )N
18
0;
0;
FC −
=
r
( )mm
0
;
0
0;
rC =
r
( )N
0
0;
31,5;
FD −
=
r
( )mm
5
,
37
;
37,5
0;
rD −
=
r
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
No estabelecimento do vetor raio fez-se uso da idéia de
que é possível encerrar esse vetor em qualquer ponto ao
longo da linha de ação da correspondente força.
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a uma For
as a uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
( )N
18
36;
;
5
,
31
R −
−
−
=
r
D
C
B
A F
F
F
F
R
r
r
r
r
r
+
+
+
=
D
D
C
C
B
B
A
A F
r
F
r
F
r
F
r
M
r
r
r
r
r
r
r
r
r
×
+
×
+
×
+
×
=
( )N.mm
843,75
;
25
,
1181
;
00
,
1350
M −
=
r
C
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a uma For
as a uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
Exemplo
Exemplo:
:
Três cabos presos a um disco exercem sobre o disco as
forças mostradas. Substitua as três forças por um sistema
força-binário equivalente em A.
140 N
45º
45º
140 N
30º 45º
110 N
20º
B
A
C
D
20 cm
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a uma For
as a uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
140 N
45º
45º
140 N
30º 45º
110 N
20º
B
A
C
D
20 cm
99,0 N
99,0 N
103,4 N
B
A
C
D
10 cm
99,0 N
99,0 N
37,6 N
17,3 cm
14,1cm
20 cm
14,1cm
Rx = 99,0 + 103,4 - 99,0 = 103,4 N
Ry = - 99,0 + 37,6 + 99,0 = 37,6 N
M = 99,0·20 – 103,4· 14,1 + 37,6· 14,1 +
99,0· 10 – 99,0· 17,3 = 329,5 N· cm
Rx
Ry
M
A
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a uma For
as a uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
B
C
D
103,4 N
37,6 N
329,5 N·cm A
D
R
MO O
O’
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a uma For
as a uma Forç
ça e um Bin
a e um Biná
ário
rio
Uma vez que um sistema de forças
tenha sido reduzido a uma força e
um binário em um ponto O, ele pode
ser facilmente reduzido a uma força
e um binário em um outro ponto O’.
A força resultante permanecerá inalterada, a
menos da sua linha de ação, mas o novo binário
resultante será igual à soma do anterior mais o
momento em relação a O’ da força resultante
aplicada na posição inicial. R
O
O’
MO’
R
r
M
M
r
r
r
r
×
+
= ′
′ O
O
O
O
rO’O
Eixo do
torsor
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a um
as a um Torsor
Torsor
R
O
MO
R
O
M2
M1
R
O
M1
A
Torsor
Torsor 0
M
R
r 2
AO
r
r
r
r
=
+
×
( ) R
R
O
1 λ̂
λ̂
M
M r
r
r
r
⋅
=
1
O
2 M
M
M
r
r
r
−
=
R
M
p 1
=
Passo do torsor:
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a um
as a um Torsor
Torsor
Exemplo
Exemplo:
:
( )N
18
36;
;
5
,
31
R −
−
−
=
r
( )N.mm
843,75
;
25
,
1181
;
00
,
1350
M −
=
r
Reduzir o sistema força-binário apresentado
abaixo à forma mais simples de representação.
Sabe-se que
C
R
r
M
r
75 mm
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a um
as a um Torsor
Torsor
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
R
R
λ̂R
r
r =
( ) R
R
1 λ̂
λ̂
M
M r
r
r
r
⋅
=
1
2 M
M
M
r
r
r
−
=
( )
352
,
0
;
704
,
0
;
616
,
0 −
−
−
=
( )N.mm
65
,
104
;
30
,
209
;
14
,
183
=
( )N.mm
10
,
739
;
95
,
971
;
14
,
1533
−
=
( )
z
37,5
y;
37,5
x;
rEC −
−
−
=
r
0
M
R
r 2
EC
r
r
r
r
=
+
× 0
31,5y
36x
1920,35 =
−
+
0
31,5z
18x
209,30 =
+
−
−
0
36z
18y
858,14 =
−
+
−
1,75z
11,63
x +
−
=
z
2
67
,
47
y +
=
Redu
Reduç
ção de um Sistema de
ão de um Sistema de
For
Forç
ças a um
as a um Torsor
Torsor
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
( )N.mm
104,65
209,30;
183,14;
M1 =
r
( )N
18
36;
;
5
,
31
R −
−
−
=
r
Torsor
Eixo do Torsor
( )
0,352
0,704;
0,616;
λ̂ −
−
−
=
Passando pelo ponto (-11,63; 47,67; 0) mm
Passo do Torsor mm
5,81
p =
Casos Particulares de Redu
Casos Particulares de Reduç
ção
ão
de um Sistema de For
de um Sistema de Forç
ças
as
For
Forç
ças concorrentes
as concorrentes:
:
Quando existe um ponto comum a todas as linhas de ação das
forças envolvidas no processo de redução, essas podem ser
somadas diretamente para obter a força resultante
empregando-se, por exemplo, a regra do polígono.
Como todas as forças atuam num plano em comum, a força
resultante também estará no mesmo plano. Em relação a qualquer
novo ponto de reposicionamento do sistema de forças, o binário
introduzido por qualquer força terá a direção perpendicular ao
plano em pauta. Assim sendo, o binário resultante também será
perpendicular a esse plano.
Casos Particulares de Redu
Casos Particulares de Reduç
ção
ão
de um Sistema de For
de um Sistema de Forç
ças
as
For
Forç
ças
as coplanares
coplanares:
:
Adequadamente o sistema resultante
força-binário (perpendiculares) poderá ser reposicionado para se
resumir apenas a uma força.
R
M
d
R
o
=
Como todas as forças são paralelas, a força resultante também
terá a mesma direção. Em relação a qualquer novo ponto de
reposicionamento do sistema de forças, o binário introduzido por
qualquer força terá a direção perpendicular a da força. Assim
sendo, o binário resultante também será perpendicular a direção das
forças.
Casos Particulares de Redu
Casos Particulares de Reduç
ção
ão
de um Sistema de For
de um Sistema de Forç
ças
as
For
Forç
ças paralelas
as paralelas:
:
Adequadamente o sistema resultante força-binário
(perpendiculares) poderá ser reposicionado para se resumir
apenas a uma força.
Exemplo
Exemplo:
:
Três crianças estão em pé sobre uma balsa de 4,5 x 4,5 m.
Sabendo que os pesos das crianças nos pontos A, B e C são de
382,5 N, 270 N e 405 N, respectivamente, determine a
intensidade e o ponto de aplicação da resultante dos três pesos.
Casos Particulares de Redu
Casos Particulares de Reduç
ção
ão
de um Sistema de For
de um Sistema de Forç
ças
as
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
Casos Particulares de Redu
Casos Particulares de Reduç
ção
ão
de um Sistema de For
de um Sistema de Forç
ças
as
382,5 N
270 N
405 N
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
Casos Particulares de Redu
Casos Particulares de Reduç
ção
ão
de um Sistema de For
de um Sistema de Forç
ças
as
x
y
z
1057,5 N
2440,1 N.m
2885,6 N.m
Exemplo
Exemplo (continua
(continuaç
ção):
ão):
Casos Particulares de Redu
Casos Particulares de Reduç
ção
ão
de um Sistema de For
de um Sistema de Forç
ças
as
x
y
z
1057,5 N
2,307 m
2,729 m
Dois sistemas de forças são eq
eqü
üipolentes
ipolentes se puderem
ser reduzidos ao mesmo sistema força-binário em um
dado ponto de referência, ou seja,
∑
∑ ′
= O
O M
M
r
r
∑
∑ ′
= F
F
r
r
e
Dois sistemas de forças são equivalentes
equivalentes se forem
eq
eqü
üipolentes
ipolentes e provocarem os mesmo efeitos sobre o
corpo em que atuam.
10 N 5 N
5 N 10 N
Eq
Eqü
üipolentes
ipolentes
Sistemas Eq
Sistemas Eqü
üipolentes e
ipolentes e
Sistemas Equivalentes de For
Sistemas Equivalentes de Forç
ças
as
Equivalentes
Equivalentes
10 N 5 N
5 N 10 N

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Equação do 1º e 2º grau
Equação do 1º e 2º grauEquação do 1º e 2º grau
Equação do 1º e 2º grauZaqueu Oliveira
 
Progressão aritmética
Progressão aritméticaProgressão aritmética
Progressão aritméticaleilamaluf
 
Medidas de tendencia central
Medidas de tendencia centralMedidas de tendencia central
Medidas de tendencia centralrosania39
 
Massa atômica e massa molecular
Massa atômica e massa molecularMassa atômica e massa molecular
Massa atômica e massa molecularvargastania
 
Gases perfeitos questões resolvidas - termologia
Gases perfeitos   questões resolvidas - termologiaGases perfeitos   questões resolvidas - termologia
Gases perfeitos questões resolvidas - termologiaDrica Salles
 
Slides- Progressão Geométrica
Slides- Progressão GeométricaSlides- Progressão Geométrica
Slides- Progressão GeométricaKetlin Cavane
 
Estática dos fluidos - parte 1
Estática dos fluidos - parte 1Estática dos fluidos - parte 1
Estática dos fluidos - parte 1engciviluniplan14
 
Sistemas de equações do 1⁰ grau revisão
Sistemas de equações do 1⁰ grau revisãoSistemas de equações do 1⁰ grau revisão
Sistemas de equações do 1⁰ grau revisãoAngela Costa
 
Moda de Czuber - Estatística Descritiva
Moda de Czuber - Estatística DescritivaModa de Czuber - Estatística Descritiva
Moda de Czuber - Estatística DescritivaAnselmo Alves de Sousa
 
Fisica 02 - Oscilações
Fisica 02 - OscilaçõesFisica 02 - Oscilações
Fisica 02 - OscilaçõesWalmor Godoi
 
Grandezas escalares e vetoriais
Grandezas escalares e vetoriaisGrandezas escalares e vetoriais
Grandezas escalares e vetoriaisfisicaatual
 

Mais procurados (20)

Progressão aritmética
Progressão aritméticaProgressão aritmética
Progressão aritmética
 
Equação do 1º e 2º grau
Equação do 1º e 2º grauEquação do 1º e 2º grau
Equação do 1º e 2º grau
 
Química Inorganica
Química InorganicaQuímica Inorganica
Química Inorganica
 
Progressão aritmética
Progressão aritméticaProgressão aritmética
Progressão aritmética
 
#1 introdução a termodinâmica conceitos básicos
#1 introdução a termodinâmica   conceitos básicos#1 introdução a termodinâmica   conceitos básicos
#1 introdução a termodinâmica conceitos básicos
 
Aula 9 Mol Quantidade De Materia2
Aula 9   Mol   Quantidade De Materia2Aula 9   Mol   Quantidade De Materia2
Aula 9 Mol Quantidade De Materia2
 
Aula 4 vetores
Aula 4  vetoresAula 4  vetores
Aula 4 vetores
 
Medidas de tendencia central
Medidas de tendencia centralMedidas de tendencia central
Medidas de tendencia central
 
Massa atômica e massa molecular
Massa atômica e massa molecularMassa atômica e massa molecular
Massa atômica e massa molecular
 
Gases perfeitos questões resolvidas - termologia
Gases perfeitos   questões resolvidas - termologiaGases perfeitos   questões resolvidas - termologia
Gases perfeitos questões resolvidas - termologia
 
Slides- Progressão Geométrica
Slides- Progressão GeométricaSlides- Progressão Geométrica
Slides- Progressão Geométrica
 
Equações diferenciais ordinárias
Equações diferenciais ordináriasEquações diferenciais ordinárias
Equações diferenciais ordinárias
 
Estática dos fluidos - parte 1
Estática dos fluidos - parte 1Estática dos fluidos - parte 1
Estática dos fluidos - parte 1
 
Potenciação Propriedades
Potenciação PropriedadesPotenciação Propriedades
Potenciação Propriedades
 
Sistemas de equações do 1⁰ grau revisão
Sistemas de equações do 1⁰ grau revisãoSistemas de equações do 1⁰ grau revisão
Sistemas de equações do 1⁰ grau revisão
 
Matrizes
MatrizesMatrizes
Matrizes
 
Moda de Czuber - Estatística Descritiva
Moda de Czuber - Estatística DescritivaModa de Czuber - Estatística Descritiva
Moda de Czuber - Estatística Descritiva
 
Matemática - PA e PG
Matemática - PA e PGMatemática - PA e PG
Matemática - PA e PG
 
Fisica 02 - Oscilações
Fisica 02 - OscilaçõesFisica 02 - Oscilações
Fisica 02 - Oscilações
 
Grandezas escalares e vetoriais
Grandezas escalares e vetoriaisGrandezas escalares e vetoriais
Grandezas escalares e vetoriais
 

Semelhante a Momento de um binário em relação a um ponto

Material de estudo_pra_mecânica_dos_sólidos_ii (1)
Material de estudo_pra_mecânica_dos_sólidos_ii (1)Material de estudo_pra_mecânica_dos_sólidos_ii (1)
Material de estudo_pra_mecânica_dos_sólidos_ii (1)Jose Donizeti Tagliaferro
 
Apostila de mecânica aplicada
Apostila de mecânica aplicadaApostila de mecânica aplicada
Apostila de mecânica aplicadaCaio Cesar Cardoso
 
Cálculos de resistências
Cálculos de resistênciasCálculos de resistências
Cálculos de resistênciasBranco Branco
 
Exercicios area 1 com resposta
Exercicios area 1 com respostaExercicios area 1 com resposta
Exercicios area 1 com respostaBruna Racoski
 
Exercicios de torção
Exercicios de torçãoExercicios de torção
Exercicios de torçãoRomualdo SF
 
Gestão de projetos 1
Gestão de projetos 1Gestão de projetos 1
Gestão de projetos 1Pedro William
 
Exercicios sinais senoidais
Exercicios sinais senoidaisExercicios sinais senoidais
Exercicios sinais senoidaisGlauber Pires
 
Pré prova fisica ufrgs 2014 Aulão de dicas
Pré prova fisica  ufrgs 2014 Aulão de dicasPré prova fisica  ufrgs 2014 Aulão de dicas
Pré prova fisica ufrgs 2014 Aulão de dicasFabricio Scheffer
 
Questoes Resolvidas Exame Unificado de Fisica 2015-2.pdf
Questoes Resolvidas Exame Unificado de Fisica 2015-2.pdfQuestoes Resolvidas Exame Unificado de Fisica 2015-2.pdf
Questoes Resolvidas Exame Unificado de Fisica 2015-2.pdf17535069649
 
Trigonometria no Triângulo Retângulo (Telecomunicações)
Trigonometria no Triângulo Retângulo (Telecomunicações)Trigonometria no Triângulo Retângulo (Telecomunicações)
Trigonometria no Triângulo Retângulo (Telecomunicações)Equipe_FAETEC
 
Tensão de fase
Tensão de faseTensão de fase
Tensão de faseMA RI
 
Tales Semelhanca
Tales SemelhancaTales Semelhanca
Tales SemelhancaISJ
 

Semelhante a Momento de um binário em relação a um ponto (20)

9 equilibrio dos corpos rigidos
9   equilibrio dos corpos rigidos9   equilibrio dos corpos rigidos
9 equilibrio dos corpos rigidos
 
Material de estudo_pra_mecânica_dos_sólidos_ii (1)
Material de estudo_pra_mecânica_dos_sólidos_ii (1)Material de estudo_pra_mecânica_dos_sólidos_ii (1)
Material de estudo_pra_mecânica_dos_sólidos_ii (1)
 
Apostila de mecânica aplicada
Apostila de mecânica aplicadaApostila de mecânica aplicada
Apostila de mecânica aplicada
 
Cálculos de resistências
Cálculos de resistênciasCálculos de resistências
Cálculos de resistências
 
Exercicios area 1 com resposta
Exercicios area 1 com respostaExercicios area 1 com resposta
Exercicios area 1 com resposta
 
Exercicios de torção
Exercicios de torçãoExercicios de torção
Exercicios de torção
 
Lista de exercício 1 circuitos elétricos I
Lista de exercício 1   circuitos elétricos ILista de exercício 1   circuitos elétricos I
Lista de exercício 1 circuitos elétricos I
 
Gestão de projetos 1
Gestão de projetos 1Gestão de projetos 1
Gestão de projetos 1
 
Física – circuitos elétricos 01 – 2013
Física – circuitos elétricos 01 – 2013Física – circuitos elétricos 01 – 2013
Física – circuitos elétricos 01 – 2013
 
trigonometria
trigonometriatrigonometria
trigonometria
 
Exercicios sinais senoidais
Exercicios sinais senoidaisExercicios sinais senoidais
Exercicios sinais senoidais
 
Pré prova fisica ufrgs 2014 Aulão de dicas
Pré prova fisica  ufrgs 2014 Aulão de dicasPré prova fisica  ufrgs 2014 Aulão de dicas
Pré prova fisica ufrgs 2014 Aulão de dicas
 
Fisica enem
Fisica enem Fisica enem
Fisica enem
 
Aula 1( resistores)
Aula 1( resistores)Aula 1( resistores)
Aula 1( resistores)
 
Area l
Area lArea l
Area l
 
Lista 2 medidas
Lista 2   medidasLista 2   medidas
Lista 2 medidas
 
Questoes Resolvidas Exame Unificado de Fisica 2015-2.pdf
Questoes Resolvidas Exame Unificado de Fisica 2015-2.pdfQuestoes Resolvidas Exame Unificado de Fisica 2015-2.pdf
Questoes Resolvidas Exame Unificado de Fisica 2015-2.pdf
 
Trigonometria no Triângulo Retângulo (Telecomunicações)
Trigonometria no Triângulo Retângulo (Telecomunicações)Trigonometria no Triângulo Retângulo (Telecomunicações)
Trigonometria no Triângulo Retângulo (Telecomunicações)
 
Tensão de fase
Tensão de faseTensão de fase
Tensão de fase
 
Tales Semelhanca
Tales SemelhancaTales Semelhanca
Tales Semelhanca
 

Momento de um binário em relação a um ponto

  • 1. Universidade Federal de Alagoas Universidade Federal de Alagoas Centro de Tecnologia Centro de Tecnologia Curso de Engenharia Civil Curso de Engenharia Civil Disciplina: Disciplina: Mecânica dos Sólidos 1 Mecânica dos Sólidos 1 Código Código ECIV018 ECIV018 Código: Código: ECIV018 ECIV018 Professor: Professor: Eduardo Nobre Lages Eduardo Nobre Lages Corpos Rígidos: Sistemas Corpos Rígidos: Sistemas Equivalentes de Forças Equivalentes de Forças Equivalentes de Forças Equivalentes de Forças Maceió/AL Maceió/AL
  • 2. Objetivo Objetivo Estudo do efeito de sistemas de forças não concorrentes.
  • 3. For Forç ças Concorrentes e Não as Concorrentes e Não Concorrentes Concorrentes • • For Forç ças concorrentes centradas as concorrentes centradas – Podem induzir apenas a translações • • For Forç ças não concorrentes e concorrentes não centradas as não concorrentes e concorrentes não centradas – Podem induzir a rotações combinadas ou não com translações
  • 4. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Ponto ão a um Ponto Uma força aplicada num corpo cria, em relação a um ponto de referência, uma tendência de giro em torno de um eixo perpendicular ao plano formado pelo vetor raio e o vetor força. F r A
  • 5. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Ponto ão a um Ponto Vamos associar essa tendência de giro a um vetor momento, na direção e sentido da tendência de giro. O que induz a uma maior ou menor tendência de rotação produzida por uma força é o chamado braço de alavanca (distância do ponto de referência à linha de ação da força). F r A MO d
  • 6. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Ponto ão a um Ponto F r A MO d MO = F d MO = r x F MO Resumindo: Resumindo:
  • 7. Componentes Retangulares Componentes Retangulares do Momento de uma For do Momento de uma Forç ça a A B x y z F r F = (Fx; Fy; Fz) r = (rx; ry; rz) F r MA r r r × = ( ) x y y x z x x z y z z y A F r F r ; F r F r ; F r F r M − − − = r z y x z y x A F F F r r r k̂ ĵ î M = r + -
  • 8. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Ponto ão a um Ponto Exemplo Exemplo: : Os braços AB e BC de uma luminária estão em um plano vertical que forma um ângulo de 30º com o plano xy. Para reposicionar o feixe de luz, é aplicada uma força de intensidade 8 N em C. Determine o momento dessa força em relação a O sabendo que AB = 450 mm, BC = 325 mm e a linha CD é paralela ao eixo z.
  • 9. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Ponto ão a um Ponto Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): F o o x F 20 sin 45 cos 8 − = o y F 45 sin 8 − = o o z F 20 cos 45 cos 8 = ( ) o o o x r 30 cos 50 sin 325 45 sin 450 + = o o y r 50 cos 325 45 cos 450 150 − + = ( ) o o o z r 30 sin 50 sin 325 45 sin 450 + = r F r M r r r × = O 4 5 0 m m 3 2 5 m m
  • 10. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Ponto ão a um Ponto Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): N 935 , 1 − = x F N 657 , 5 − = y F N 316 , 5 = z F mm 2 , 491 = x r mm 3 , 259 = y r mm 6 , 283 = z r F r 5,316 5,657 1,935 283,6 259,3 491,2 k̂ ĵ î F r M − − = × = r r r O ( )N.mm 0 , 2277 ; 0 , 3160 ; 8 , 2982 M − − = O r
  • 11. Teorema de Teorema de Varignon Varignon O momento gerado por um sistema de forças concorrentes pode ser calculado somando-se os momentos de cada força ou avaliando-se o momento da força resultante equivalente. R P S Q 0 0 A A r r S r Q r P r MO r r r r r r r × + × + × = ( ) S Q P r MO r r r r r + + × = R r MO r r r × =
  • 12. Teorema de Teorema de Varignon Varignon Exemplo Exemplo: : Uma força de 800 N atua sobre um suporte, conforme mostra a ilustração abaixo. Determine o momento da força em relação ao ponto B. A B 160 mm 200 mm 60º 800 N
  • 13. A B 160 mm 200 mm 60º 800 N 256,125 mm Teorema de Teorema de Varignon Varignon Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): 1ª estratégia – uso direto da definição 30º 38,660º d d = 256,125·cos 8,660º d = 253,205 mm + M = 800·d M = 800·253,205 M = 202564 N· mm
  • 14. A B 160 mm 200 mm 60º 800 N Teorema de Teorema de Varignon Varignon Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): 2ª estratégia – uso do Teorema de Varignon + M = 800· cos60º· 160 + 800· sin60º· 200 M = 202564 N· mm 800 cos 60º 800 sin 60º
  • 15. Teorema de Teorema de Varignon Varignon Exemplo Exemplo: : relação a C da força resultante RA exercida pela linha em A. Um bote está pendurado em dois suportes, um dos quais é mostrado na figura. A tração na linha ABAD é de 182 N. Determine o momento em
  • 16. Teorema de Teorema de Varignon Varignon Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): TAB TAD TAB rCA
  • 17. Teorema de Varignon Teorema de Varignon Teorema de Varignon Teorema de Varignon Exemplo Exemplo (continuação): (continuação): p p ( ç ) ( ç ) AD AD AD T T λ̂ = r AB AB AB T T λ̂ = r ( ) 292 , 0 ; 757 , 0 ; 585 , 0 ˆ − − = AD λ ( ) 000 0 000 1 000 0 λ̂ AB AB AB N 182 = = AD AB T T ( ) 000 , 0 ; 000 , 1 ; 000 , 0 − = AB λ ( )N 2 , 53 ; 7 , 137 ; 4 , 106 − − = AD T r r r r r ( )N 0,0 ; 0 , 182 ; 0 , 0 − = AB T r AB AB AD T T T R + + = ( )N 2 , 53 ; 7 , 501 ; 4 , 106 − − = R r ( )m 0 73 ; 1 89 ; 00 0 = r r 2 53 7 501 4 106 73 , 0 89 , 1 00 , 0 ˆ ˆ ˆ = k j i ( )m 0,73 ; 1,89 ; 00 , 0 = CA r R r M CA C r r r × = 2 , 53 7 , 501 4 , 106 − − ( )N.m 1 , 201 ; 7 , 77 ; 7 , 265 − =
  • 18. Produto Escalar entre Produto Escalar entre Dois Vetores Dois Vetores P r Q r θ Q P r r ⋅ θ PQcos = z z y y x x Q P Q P Q P + + = x y z
  • 19. P r λ̂ Proje Projeç ção de um Vetor e Vetor ão de um Vetor e Vetor Proje Projeç ção em uma Dire ão em uma Direç ção ão ( )λ̂ λ̂ P POL ⋅ = r r λ̂ P POL ⋅ = r ( ) z y θ θ θ cos ; cos ; cos λ̂ x =
  • 20. F MO r λ ^ Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Eixo ão a um Eixo MOL = λ ^ .( x ) r F O momento de uma força em relação a um eixo é dado pelo produto triplo envolvendo um vetor unitário que define o eixo de interesse, um vetor raio que nasce em qualquer ponto no eixo e vai até qualquer ponto ao longo da linha de ação da força envolvida e esse vetor força.
  • 21. F MO r λ ^ Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Eixo ão a um Eixo MOL = λ ^ .( x ) r F ( ) z y x λ ; λ ; λ λ̂ = ( ) z y x r ; r ; r r = r ( ) z y x F ; F ; F F = r z y x z y x z y x OL F F F r r r λ λ λ M =
  • 22. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Eixo ão a um Eixo Exemplo Exemplo: : O suporte ACD está articulado em A e D e é sustentado por um cabo que passa através do anel em B e que está preso nos ganchos em G e H. Sabendo que a tração no cabo é de 450 N, determine o momento, em relação à diagonal AD, da força aplicada no suporte pelo segmento BH do cabo.
  • 23. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Eixo ão a um Eixo Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): BH λ̂ 450 TBH = r BH BH BH = λ̂ DA DA DA = λ̂ 450 N AB = AB r r
  • 24. Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Eixo ão a um Eixo Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): ( )N 300 300; ; 150 TBH − = r ( ) 667 , 0 ; 667 , 0 ; 333 , 0 ˆ − = BH λ 450 N ( )m 0,0 0,0; ; 5 , 0 rAB = r ( ) 600 , 0 ; 000 , 0 ; 800 , 0 ˆ − = DA λ ( ) 300 300 150 0,0 0,0 0,5 0,600 0,000 0,800 T r ˆ M BH AB DA − − = × ⋅ = r r DA λ N.m 0 , 90 MDA =
  • 25. O 1 r r Momento de uma For Momento de uma Forç ça em a em Rela Relaç ção a um Eixo ão a um Eixo ( ) F r MOL r r × ⋅ = λ̂ ( ) ( ) [ ] 2 1 2 1 ˆ F F r r MOL r r r r + × + ⋅ = λ ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 1 2 2 1 1 1 ˆ ˆ ˆ ˆ F r F r F r F r MOL r r r r r r r r × ⋅ + × ⋅ + × ⋅ + × ⋅ = λ λ λ λ ( ) 2 2 ˆ F r MOL r r × ⋅ = λ Quem contribui Quem contribui? ? λ̂ r r F r 2 r r 2 F r 1 F r L A Q 0 0 0
  • 26. Bin Biná ário rio Defini Definiç ção ão: : Sistema particular de duas forças de mesma intensidade, linhas de ação paralelas e sentidos opostos. As duas forças não irão transladar o corpo sobre o qual atuam, mas tenderão a fazê-lo girar. F -F d
  • 27. MO rB Momento de um Bin Momento de um Biná ário rio rA O = O M r ( ) F r F r B A r r r r − × + × F r F r B A r r r r × − × = ( ) F r r B A r r r × − = F r MO r r r × = r A F B -F
  • 28. M O r A F B -F Momento de um Bin Momento de um Biná ário rio d θ F r M r r r × = rFsinθ M = Fd M = O vetor momento representativo da tendência de giro é perpendicular ao plano das forças (regra da mão direita). O vetor momento de um binário independe do ponto de referência, caracterizando-o como um vetor livre que pode ser representado em qualquer posição.
  • 30. Adi Adiç ção de Bin ão de Biná ários rios Binários são representados por vetores e por sua vez podem ser combinados empregando-se a lei do paralelogramo. M1 MR M2 A
  • 31. Exemplo Exemplo: : Duas cavilhas de 60 mm de diâmetro são montadas sobre uma placa de aço em A e C e duas barras são presas à placa em B e D. Uma corda é passada em torno das cavilhas, enquanto as barras exercem forças de 10 N sobre a placa. (a) Determine o binário resultante que atua sobre a placa quando T = 36 N. (b) Se apenas a corda for usada, em que direção ela deverá ser puxada para se criar o mesmo binário com a mínima tração na corda? Qual o valor da tração mínima? 10 N 10 N A B C D T T 380 mm 285 mm Adi Adiç ção de Bin ão de Biná ários e rios e Bin Biná ários Equivalentes rios Equivalentes
  • 32. Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): 10 N 10 N A B C D T = 36 N T = 36 N 380 mm 285 mm 345 mm 10·380 – 36·345 + = -8620 N·mm M = 8620 N · mm M = (a) Adi Adiç ção de Bin ão de Biná ários e rios e Bin Biná ários Equivalentes rios Equivalentes
  • 33. A B C D 380 mm 285 mm Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): M = 8620 N · mm (b) Sabe-se que a intensidade do momento gerado por um binário é dada pelo produto da intensidade da força que forma o binário pelo braço de alavanca. Como se deseja minimizar a força, deve-se maximizar o braço de alavanca. Tmin Tmin M = Tmin ·dmax 60 285 380 d 2 2 max + + = mm 535 = 535 8620 Tmin = Tmin = 16,1 N dmax Adi Adiç ção de Bin ão de Biná ários e rios e Bin Biná ários Equivalentes rios Equivalentes
  • 34. A 0 F M = rOA x F Substitui Substituiç ção de uma For ão de uma Forç ça a por uma For por uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio Motiva Motivaç ção ão: : Como modificar a linha de ação de uma força mantendo os mesmos efeitos sobre o corpo em que atua? A 0 F A 0 F -F F onde M = F·d d
  • 35. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a uma For as a uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio A estratégia anterior pode ser aplicada com cada uma das forças do sistema original, tendo como referência o mesmo ponto O. Após isso, combinam-se as forças e os vetores momentos originários dos binários, chegando-se ao sistema resultante equivalente com uma única força e um único vetor momento. R M F3
  • 36. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a uma For as a uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio Exemplo Exemplo: : À medida que buchas de plástico são inseridas em um recipiente cilíndrico de chapa metática de 75 mm de diâmetro, a ferramenta de inserção exerce sobre o invólucro as forças mostradas. Cada uma das forças é paralela a um dos eixos de coordenadas. Substitua essas forças por um sistema força-binário em C. C A B D
  • 37. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a uma For as a uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio ( )N 0 22,5; 0; FA − = r ( )mm 5 , 37 ; 0 0; rA − = r ( )N 0 ,5; 13 0; FB − = r ( )mm 5 , 37 ; 0 25; rB − = r ( )N 18 0; 0; FC − = r ( )mm 0 ; 0 0; rC = r ( )N 0 0; 31,5; FD − = r ( )mm 5 , 37 ; 37,5 0; rD − = r Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): No estabelecimento do vetor raio fez-se uso da idéia de que é possível encerrar esse vetor em qualquer ponto ao longo da linha de ação da correspondente força.
  • 38. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a uma For as a uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): ( )N 18 36; ; 5 , 31 R − − − = r D C B A F F F F R r r r r r + + + = D D C C B B A A F r F r F r F r M r r r r r r r r r × + × + × + × = ( )N.mm 843,75 ; 25 , 1181 ; 00 , 1350 M − = r C
  • 39. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a uma For as a uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio Exemplo Exemplo: : Três cabos presos a um disco exercem sobre o disco as forças mostradas. Substitua as três forças por um sistema força-binário equivalente em A. 140 N 45º 45º 140 N 30º 45º 110 N 20º B A C D 20 cm
  • 40. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a uma For as a uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): 140 N 45º 45º 140 N 30º 45º 110 N 20º B A C D 20 cm 99,0 N 99,0 N 103,4 N B A C D 10 cm 99,0 N 99,0 N 37,6 N 17,3 cm 14,1cm 20 cm 14,1cm Rx = 99,0 + 103,4 - 99,0 = 103,4 N Ry = - 99,0 + 37,6 + 99,0 = 37,6 N M = 99,0·20 – 103,4· 14,1 + 37,6· 14,1 + 99,0· 10 – 99,0· 17,3 = 329,5 N· cm Rx Ry M A
  • 41. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a uma For as a uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): B C D 103,4 N 37,6 N 329,5 N·cm A D
  • 42. R MO O O’ Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a uma For as a uma Forç ça e um Bin a e um Biná ário rio Uma vez que um sistema de forças tenha sido reduzido a uma força e um binário em um ponto O, ele pode ser facilmente reduzido a uma força e um binário em um outro ponto O’. A força resultante permanecerá inalterada, a menos da sua linha de ação, mas o novo binário resultante será igual à soma do anterior mais o momento em relação a O’ da força resultante aplicada na posição inicial. R O O’ MO’ R r M M r r r r × + = ′ ′ O O O O rO’O
  • 43. Eixo do torsor Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a um as a um Torsor Torsor R O MO R O M2 M1 R O M1 A Torsor Torsor 0 M R r 2 AO r r r r = + × ( ) R R O 1 λ̂ λ̂ M M r r r r ⋅ = 1 O 2 M M M r r r − = R M p 1 = Passo do torsor:
  • 44. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a um as a um Torsor Torsor Exemplo Exemplo: : ( )N 18 36; ; 5 , 31 R − − − = r ( )N.mm 843,75 ; 25 , 1181 ; 00 , 1350 M − = r Reduzir o sistema força-binário apresentado abaixo à forma mais simples de representação. Sabe-se que C R r M r 75 mm
  • 45. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a um as a um Torsor Torsor Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): R R λ̂R r r = ( ) R R 1 λ̂ λ̂ M M r r r r ⋅ = 1 2 M M M r r r − = ( ) 352 , 0 ; 704 , 0 ; 616 , 0 − − − = ( )N.mm 65 , 104 ; 30 , 209 ; 14 , 183 = ( )N.mm 10 , 739 ; 95 , 971 ; 14 , 1533 − = ( ) z 37,5 y; 37,5 x; rEC − − − = r 0 M R r 2 EC r r r r = + × 0 31,5y 36x 1920,35 = − + 0 31,5z 18x 209,30 = + − − 0 36z 18y 858,14 = − + − 1,75z 11,63 x + − = z 2 67 , 47 y + =
  • 46. Redu Reduç ção de um Sistema de ão de um Sistema de For Forç ças a um as a um Torsor Torsor Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): ( )N.mm 104,65 209,30; 183,14; M1 = r ( )N 18 36; ; 5 , 31 R − − − = r Torsor Eixo do Torsor ( ) 0,352 0,704; 0,616; λ̂ − − − = Passando pelo ponto (-11,63; 47,67; 0) mm Passo do Torsor mm 5,81 p =
  • 47. Casos Particulares de Redu Casos Particulares de Reduç ção ão de um Sistema de For de um Sistema de Forç ças as For Forç ças concorrentes as concorrentes: : Quando existe um ponto comum a todas as linhas de ação das forças envolvidas no processo de redução, essas podem ser somadas diretamente para obter a força resultante empregando-se, por exemplo, a regra do polígono.
  • 48. Como todas as forças atuam num plano em comum, a força resultante também estará no mesmo plano. Em relação a qualquer novo ponto de reposicionamento do sistema de forças, o binário introduzido por qualquer força terá a direção perpendicular ao plano em pauta. Assim sendo, o binário resultante também será perpendicular a esse plano. Casos Particulares de Redu Casos Particulares de Reduç ção ão de um Sistema de For de um Sistema de Forç ças as For Forç ças as coplanares coplanares: : Adequadamente o sistema resultante força-binário (perpendiculares) poderá ser reposicionado para se resumir apenas a uma força. R M d R o =
  • 49. Como todas as forças são paralelas, a força resultante também terá a mesma direção. Em relação a qualquer novo ponto de reposicionamento do sistema de forças, o binário introduzido por qualquer força terá a direção perpendicular a da força. Assim sendo, o binário resultante também será perpendicular a direção das forças. Casos Particulares de Redu Casos Particulares de Reduç ção ão de um Sistema de For de um Sistema de Forç ças as For Forç ças paralelas as paralelas: : Adequadamente o sistema resultante força-binário (perpendiculares) poderá ser reposicionado para se resumir apenas a uma força.
  • 50. Exemplo Exemplo: : Três crianças estão em pé sobre uma balsa de 4,5 x 4,5 m. Sabendo que os pesos das crianças nos pontos A, B e C são de 382,5 N, 270 N e 405 N, respectivamente, determine a intensidade e o ponto de aplicação da resultante dos três pesos. Casos Particulares de Redu Casos Particulares de Reduç ção ão de um Sistema de For de um Sistema de Forç ças as
  • 51. Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): Casos Particulares de Redu Casos Particulares de Reduç ção ão de um Sistema de For de um Sistema de Forç ças as 382,5 N 270 N 405 N
  • 52. Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): Casos Particulares de Redu Casos Particulares de Reduç ção ão de um Sistema de For de um Sistema de Forç ças as x y z 1057,5 N 2440,1 N.m 2885,6 N.m
  • 53. Exemplo Exemplo (continua (continuaç ção): ão): Casos Particulares de Redu Casos Particulares de Reduç ção ão de um Sistema de For de um Sistema de Forç ças as x y z 1057,5 N 2,307 m 2,729 m
  • 54. Dois sistemas de forças são eq eqü üipolentes ipolentes se puderem ser reduzidos ao mesmo sistema força-binário em um dado ponto de referência, ou seja, ∑ ∑ ′ = O O M M r r ∑ ∑ ′ = F F r r e Dois sistemas de forças são equivalentes equivalentes se forem eq eqü üipolentes ipolentes e provocarem os mesmo efeitos sobre o corpo em que atuam. 10 N 5 N 5 N 10 N Eq Eqü üipolentes ipolentes Sistemas Eq Sistemas Eqü üipolentes e ipolentes e Sistemas Equivalentes de For Sistemas Equivalentes de Forç ças as Equivalentes Equivalentes 10 N 5 N 5 N 10 N