Sabe-se que é necessária uma força com um momento de 960 N·m em relação a D para se endireitar o mourão CD. Se a capacidade do guincho AB é 2 400 N, determine o valor mínimo da distância d para se criar o momento especificado em relação ao ponto D.
Questão
Sabe-se que é necessária uma força com um momento de 960 N·m em relação a D para se endireitar o mourão CD. Se a capacidade do guincho AB é 2 400 N, determine o valor mínimo da distância d para se criar o momento especificado em relação ao ponto D.
Diagrama do mourão CD inclinado com o cabo ligado ao ponto B da alavanca AB; altura vertical do ponto C acima de D = 0,875 m; pequena distância horizontal à direita de D indicada como 0,2 m; distância d é a distância horizontal entre o ponto de ancoragem à esquerda e o ponto D.
Resposta
93%A distância mínima é .
Explicação
Queremos que a força no cabo (limitada pelo guincho) gere um momento de em relação a .
1) Geometria Pelo desenho, tome o solo como eixo e como origem.
- O ponto está a acima do solo e a à direita de . Assim, o vetor posição é
- O ponto de ancoragem no solo (à esquerda) está a uma distância de , logo sua coordenada é .
- A direção do cabo em aponta de para a ancoragem: vetor diretor Seu módulo é
2) Momento da força do cabo em relação a A força no cabo tem módulo máximo e direção de : O momento (módulo) em 2D é Com e :
Então o módulo do momento fica \begin{align*} M_D &= \left|0{,}2\left(2400\frac{-0{,}875}{|\vec v|}\right) - 0{,}875\left(2400\frac{-(d+0{,}2)}{|\vec v|}\right)\right|\ &= 2400,\frac{\left|-0{,}175 + 0{,}875(d+0{,}2)\right|}{|\vec v|}\ &= 2400,\frac{0{,}875d}{\sqrt{(d+0{,}2)^2+0{,}875^2}}. \end{align*} (Os termos constantes se cancelam.)
Impondo : Dividindo por 2400: Elevando ao quadrado: Como : Resolvendo a quadrática: (A outra raiz é negativa e não tem sentido físico.)
3) Interpretação (por que é “mínimo”?) Para uma força máxima fixa (), aumentar aumenta o braço de alavanca efetivo do cabo em relação a . Assim, o menor que ainda permite é o valor encontrado.
Resposta: .
Alternativa correta: (sem alternativas).