1) Determine a faixa de valores de w pra os quais a tração não irá exceder a 1000N em qualquer dos cabos.

Questão

  1. Determine a faixa de valores de w pra os quais a tração não irá exceder a 1000N em qualquer dos cabos.
Imagem 1

Diagrama do sistema (transcrição dos elementos gráficos visíveis):

  • Barra horizontal com dois pontos de apoio/atacamento de cabos marcados como A (à esquerda) e B (à direita).
  • Um ponto C localizado abaixo da barra, ligado por cabos aos pontos A e B.
  • Um peso W pendurado verticalmente em C (caixa sob C).
  • Um cabo/força adicional atuando sobre C dirigido para a esquerda com inclinação 1515^{\circ} acima da horizontal, com intensidade indicada 680 N680\ \mathrm{N}.
  • Dimensões mostradas no diagrama:
    • Distância horizontal entre a linha vertical que passa por C e a extremidade esquerda da barra: 300 mm300\ \mathrm{mm}.
    • Distância horizontal entre essa mesma linha vertical (sobre C) e a extremidade direita da barra: 750 mm750\ \mathrm{mm}.
    • Distância vertical entre a barra (linha superior) e a linha horizontal que passa por C (ou entre barra e C): 400 mm400\ \mathrm{mm}.

Esquema simplificado (texto/arascii):

Barra horizontal
|<-- 300 mm -->|<--------------- 750 mm -------------->|
A             |                 B
              |  (linha vertical sobre C)
              |
              C -----> (cabo/força) 680 N, 15° acima da horizontal (para a esquerda)
              |
              W (peso pendurado)

Observações das anotações visíveis: ângulo marcado "15" na ligação entre a direção do esforço de 680 N e a horizontal; etiquetas "300 mm", "750 mm" e "400 mm" estão escritas conforme transcrito acima.

Resposta

18%

0W266 N0\le W\le 266\ \text{N}

Explicação

Vamos analisar o nó em CC (equilíbrio de uma partícula). Em CC atuam:

  • Tração no cabo CACA: TAT_A ao longo de CA\overrightarrow{CA}.
  • Tração no cabo CBCB: TBT_B ao longo de CB\overrightarrow{CB}.
  • Força aplicada de 680N680\,\text{N} fazendo 1515^\circ acima da horizontal, apontando para a esquerda.
  • Peso WW vertical para baixo.

1) Vetores-direção dos cabos (tomando CC como origem, xx para a direita e yy para cima):

  • De CC até AA: (300,400)(-300,\,400) mm. Módulo: 3002+4002=500\sqrt{300^2+400^2}=500. [\hat{u}_{CA}=\left(-\frac{300}{500},\frac{400}{500}\right)=(-0{,}6,,0{,}8)]
  • De CC até BB: (750,400)(750,\,400) mm. Módulo: 7502+4002=850\sqrt{750^2+400^2}=850. [\hat{u}_{CB}=\left(\frac{750}{850},\frac{400}{850}\right)=\left(\frac{15}{17},\frac{8}{17}\right)]

2) Componentes da força de 680 N Como aponta para a esquerda e 1515^\circ acima da horizontal: [F_x=-680\cos15^\circ,\qquad F_y=+680\sin15^\circ]

3) Equilíbrio em xx e yy [\sum F_x=0:; (-0{,}6)T_A+\left(\frac{15}{17}\right)T_B-680\cos15^\circ=0] [\sum F_y=0:; (0{,}8)T_A+\left(\frac{8}{17}\right)T_B+680\sin15^\circ-W=0] Da 1ª equação: [\left(\frac{15}{17}\right)T_B=0{,}6T_A+680\cos15^\circ\Rightarrow T_B=\frac{17}{15}\Big(0{,}6T_A+680\cos15^\circ\Big)] Substituindo na 2ª: [ W=0{,}8T_A+\left(\frac{8}{17}\right)T_B+680\sin15^\circ =0{,}8T_A+\left(\frac{8}{15}\right)\Big(0{,}6T_A+680\cos15^\circ\Big)+680\sin15^\circ ] [ W=\underbrace{\left(0{,}8+\frac{8}{15}\cdot0{,}6\right)}_{=1{,}12}T_A+\frac{8}{15}\cdot680\cos15^\circ+680\sin15^\circ ] Numericamente (cos150,9659\cos15^\circ\approx0{,}9659, sin150,2588\sin15^\circ\approx0{,}2588): [W\approx 1{,}12T_A+\left(\frac{8}{15}\right)680(0{,}9659)+680(0{,}2588)] [W\approx 1{,}12T_A+350{,}2+176{,}0=1{,}12T_A+526{,}2] Logo: [T_A=\frac{W-526{,}2}{1{,}12}] E então [T_B=\frac{17}{15}\Big(0{,}6T_A+680\cos15^\circ\Big) =\frac{17}{15}\Big(0{,}6T_A+656{,}8\Big) =0{,}68T_A+744{,}4] Substituindo TAT_A: [T_B\approx 0{,}68\frac{W-526{,}2}{1{,}12}+744{,}4\approx 0{,}607W+424{,}8]

4) Restrições de tração e limite de 1000 N Como são cabos, não podem trabalhar em compressão, então: [T_A\ge0\Rightarrow W\ge526{,}2,\text{N}] [T_B\ge0\Rightarrow 0{,}607W+424{,}8\ge0\Rightarrow W\ge -700,\text{N};\text{(sempre verdadeiro para }W\ge0\text{)}] Agora o limite superior (não exceder 1000 N):

  • TA1000T_A\le1000: [\frac{W-526{,}2}{1{,}12}\le1000\Rightarrow W\le1646{,}2,\text{N}]
  • TB1000T_B\le1000: [0{,}607W+424{,}8\le1000\Rightarrow W\le\frac{575{,}2}{0{,}607}\approx947{,}5,\text{N}] A restrição mais severa é W947,5NW\le947{,}5\,\text{N}.

5) Interseção das condições Para existir tração em ambos os cabos: W526,2NW\ge526{,}2\,\text{N}. E para não exceder 1000 N em nenhum: W947,5NW\le947{,}5\,\text{N}.

Portanto: [\boxed{526\ \text{N}\le W\le 948\ \text{N}}]

(Arredondado ao newton.)

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