Ensino Médio(ITA) Estática

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AtomRafael
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Jun 2021 07 21:53

(ITA) Estática

Mensagem não lida por AtomRafael »

Uma escada de comprimento L, em repouso, jaz encostada contra uma parede lisa vertical e forma um ângulo de 60 graus com o plano horizontal. A escada pesa 270 N e o seu centro de gravidade está distante L/3 de sua extremidade apoiada no plano horizontal, isto é, no chão. A força resultante que o chão aplica na escada vale:
escada.png
escada.png (55.29 KiB) Exibido 1331 vezes
a) 275 N
b) 27,4 N
c) 27,5 N
d) 280 N
e) 27,6 N
Resposta

Gabarito: Letra a)

RESOLUÇÃO


De acordo com as resoluções que eu vi, como a escada está em equilíbrio, a força resultante é nula sobre ela. Logo:
escada 02.png
escada 02.png (197.69 KiB) Exibido 1331 vezes
[tex3]H = F_{at}[/tex3]
[tex3]F_N = P = 270 \text{ N}[/tex3]

O Momento resultante também é nulo. Sendo assim:

[tex3]P \ \dfrac{L}{3} \ \cos 60^\circ = H \ L \ \sen 60^\circ[/tex3]

[tex3]H = 30\sqrt 3 \text{ N}[/tex3]

A força resultante [tex3]\vec{F}[/tex3] que o chão aplica na escada é dada por:

[tex3]\vec{F} = \vec{F_N} + \vec{F_{at}}[/tex3]

[tex3]F^2 = (F_{at})^2 + (F_N)^2[/tex3]

[tex3]F^2 = (30\sqrt 3)^2 + 270^2 = 75600[/tex3]

[tex3]F = 275 \text{ N}[/tex3]

MINHA DÚVIDA É...

Tendo em vista que [tex3]H = 30\sqrt 3 \text{ N}[/tex3] , por que não dá certo encontrar [tex3]F_N[/tex3] utilizando uma relação de tangente no ponto A? Veja:

[tex3]\tan 30 = \dfrac{\sqrt 3}{3} = \dfrac{F_N}{F_{at}} = \dfrac{F_N}{30\sqrt3}[/tex3]

[tex3]F_N = 90 \text{ N}[/tex3]

O resultado era para dar 270 N, mas dá 90 N. Alguém sabe o que eu posso estar errando? Não sei se é erro conceitual ou de conta. Obrigado desde já pelo apoio!


[tex3]\textit{"Se eu enxerguei mais longe foi porque me apoiei sobre os ombros de gigantes."} \ \ \textbf{- Sir Isaac Newton}[/tex3]
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joaopcarv
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Jun 2021 08 10:21

Re: (ITA) Estática

Mensagem não lida por joaopcarv »

Sobre a sua dúvida, as forças que o chão exerce (tangencial e normal) não estão vinculadas geometricamente entre si, mas sim em relação ao sistema como um todo. O vínculo geométrico serve para determinarmos os braços de momento ao calcularmos os torques que as forças geram.

Mesmo que você tenha postado a resolução, só por desencargo.

RESOLUÇÃO[tex3]\rightarrow[/tex3]
  • [tex3]\bullet[/tex3] Forças que a parede exerce na barra: apenas normal [tex3]\mathsf{\vec{N_1}}[/tex3] , pois a parede é lisa (sem componentes tangencias por atrito);

    [tex3]\bullet[/tex3] Forças que o chão exerce na barra: normal [tex3]\mathsf{\vec{N_2}}[/tex3] e tangencial [tex3]\mathsf{\vec{T_2}}[/tex3] ;

    [tex3]\bullet[/tex3] Barra não homogênea com centro de massa [tex3]\mathsf{G}[/tex3] a [tex3]\mathsf{\dfrac{L}{3}}[/tex3] do chão.
Adotando as condições de equilíbrio:
  • [tex3]\bullet[/tex3] Na vertical, [tex3]\mathsf{N_2 \ = \ P \ = \ 270 \ N;}[/tex3]

    [tex3]\bullet[/tex3] Na horizontal, [tex3]\mathsf{N_1 \ \ + \ T_2 \ =\ 0;}[/tex3]

    [tex3]\bullet[/tex3] Calculando o torque resultante em um ponto arbitrário (escolheremos o ponto de apoio em relação ao chão), esse vetor tem que ser nulo.
Tendo essas considerações, perceba que o braço de alavanca para o peso em relação ao chão vale [tex3]\mathsf{\dfrac{L}{6}}[/tex3]
enquanto que para a força normal exercida pela parede vale [tex3]\mathsf{\dfrac{L \cdot \sqrt{3}}{2}}[/tex3] . Cada força supracitada tende a fazer a barra girar para sentidos opostos. Temos então:

[tex3]\mathsf{270 \cdot \dfrac{\cancel{L}}{6} \ = \ N_1 \cdot \dfrac{\sqrt{3} \cdot \cancel{L}}{2}}[/tex3]

[tex3]\mathsf{N_1 \ = \ 30 \cdot \sqrt{3} \ N}[/tex3] , no sentido positivo.

Portanto, teremos [tex3]\mathsf{\vec{T_2} \ = \ -30\cdot\sqrt{3} \hat{j} \ N}[/tex3] .

A força total exercida pelo chão à barra é então: [tex3]\mathsf{\vec{R_c} \ = \ 270\hat{i} \ - \ 30\cdot\sqrt{3}\hat{j} \ [N]}[/tex3] , com módulo [tex3]\mathsf{R \ \approx 275 \ N.}[/tex3]

Editado pela última vez por joaopcarv em 08 Jun 2021, 10:22, em um total de 1 vez.
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Alyson
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Re: (ITA) Estática

Mensagem não lida por Alyson »

O que acontece aqui é que a forma resultante que o chão aplica na escada não está na direção da escada, mas sim numa direção um pouco mas acima.
Pata a escada estar em equilíbrio sobre 3 forças, elas devem ser concorrentes. Se vc pegar a normal da parede e o peso vai perceber que a linha de ação da resultante no solo , vai passar acima da escada, ou seja o ângulo complementar de 60° vai ser menor que 30° e a tangente desse ângulo também vai ser menor portanto o peso vai ser H/tgα ..... que vai dar os 270N

Editado pela última vez por Alyson em 20 Fev 2023, 23:25, em um total de 1 vez.
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