Centro de Gravidade e Centroide (2 a)

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Prof. Andr Luis ChristoforoO centro de gravidade G um ponto no qual se localiza o peso resultante de um sistema de pontos materiais. O centro de gravidade G um ponto no qual se localiza o peso resultante de um sistema de pontos materiais. O centro de gravidade G um ponto no qual se localiza o peso resultante de um sistema de pontos materiais. = W WRO centro de gravidade G um ponto no qual se localiza o peso resultante de um sistema de pontos materiais. = W WRA soma dos momentos dos pesos de todos os pontos materiais em relao aos eixosx, y, z ento igual ao momento do peso resultante em relao a esses eixos.Para determinar a coordenadade G, podemos somar os momentos em relao ao eixo y. xPara determinar a coordenadade G, podemos somar os momentos em relao ao eixo y. xn n RW x W x W x W x~...~ ~2 2 1 1+ + + =Para determinar a coordenadade G, podemos somar os momentos em relao ao eixo y. xn n RW x W x W x W x~...~ ~2 2 1 1+ + + =De maneira semelhante, efetuando o somatrio dos momentos em relao ao eixo x obtemos a coordenada ,isto :yPara determinar a coordenadade G, podemos somar os momentos em relao ao eixo y. xn n RW x W x W x W x~...~ ~2 2 1 1+ + + =De maneira semelhante, efetuando o somatrio dos momentos em relao ao eixo x obtemos a coordenada ,isto :yn n RW y W y W y W y~...~ ~2 2 1 1+ + + =Embora os pesos no produzam um momento em relao ao eixo z, podemos obtera coordenada de G imaginando que o sistema de coordenadas, com os pontosmateriais fixos, sofre uma rotao de 90 em torno do eixo x (ou y).Efetuando osomatrio dos momentos em relao ao eixo x, temos:zEmbora os pesos no produzam um momento em relao ao eixo z, podemos obtera coordenada de G imaginando que o sistema de coordenadas, com os pontosmateriais fixos, sofre uma rotao de 90 em torno do eixo x (ou y).Efetuando osomatrio dos momentos em relao ao eixo x, temos:zEfetuandoosomatriodosmomentosemrelaoaoeixo x, temos:n n RW z W z W z W z~...~ ~2 2 1 1+ + + =n n RW z W z W z W z~...~ ~2 2 1 1+ + + =n n RW x W x W x W x~...~ ~2 2 1 1+ + + =n n RW y W y W y W y~...~ ~2 2 1 1+ + + =Generalizando:n n RW z W z W z W z~...~ ~2 2 1 1+ + + =n n RW x W x W x W x~...~ ~2 2 1 1+ + + =n n RW y W y W y W y~...~ ~2 2 1 1+ + + =Generalizando:=WW xx~=WW yy~=WW zz~n n RW z W z W z W z~...~ ~2 2 1 1+ + + =n n RW x W x W x W x~...~ ~2 2 1 1+ + + =n n RW y W y W y W y~...~ ~2 2 1 1+ + + =Generalizando:=WW xx~=WW yy~=WW zz~z y x , ,RepresentamascoordenadasdocentrodegravidadeGdosistemadepontos materiais.z y x~,~,~Representam as coordenadas de cada ponto material no sistema.W a soma resultante dos pesos de todos os pontos materiais no sistema.Para o estudo de problemas que dizem respeito ao movimento da matria sob ainflunciadeforas, isto, problemasdedinmica, necessriolocalizar umponto denominado centro de massa. Como a acelerao da gravidade g para cadaponto material constante, ento:Para o estudo de problemas que dizem respeito ao movimento da matria sob ainflunciadeforas, isto, problemasdedinmica, necessriolocalizar umponto denominado centro de massa. Como a acelerao da gravidade g para cadaponto material constante, ento:W = mg. Substituindo nas equaes e cancelando g no numerador e no denominador,obtemos:Para o estudo de problemas que dizem respeito ao movimento da matria sob ainflunciadeforas, isto, problemasdedinmica, necessriolocalizar umponto denominado centro de massa. Como a acelerao da gravidade g para cadaponto material constante, ento:W = mg. Substituindo nas equaes e cancelando g no numerador e no denominador,obtemos:=WW xx~=WW yy~=WW zz~=mm xx~=mm yy~=mm zz~Um corpo rgido composto de um infinito nmero de partculas. Dessa maneira,se os princpios utilizados anteriormente so aplicados ao sistema de partculas quecompem esse corpo, torna-se necessrio usar a operao de integrao.Um corpo rgido composto de um infinito nmero de partculas. Dessa maneira,se os princpios utilizados anteriormente so aplicados ao sistema de partculas quecompem esse corpo, torna-se necessrio usar a operao de integrao.}}=dWdW xx~}}=dWdW yy~}}=dWdW zz~dV dW =Um corpo rgido composto de um infinito nmero de partculas. Dessa maneira,se os princpios utilizados anteriormente so aplicados ao sistema de partculas quecompem esse corpo, torna-se necessrio usar a operao de integrao.}}=dWdW xx~}}=dWdW yy~}}=dWdW zz~dV dW =}}=VVdVdV xx~}}=VVdVdV yy~}}=VVdVdV zz~A densidade serelacionacom pelaequao = .g, onde gaaceleraogravitacional.A densidade serelacionacom pelaequao = .g, onde gaaceleraogravitacional.}}=VVdVdV xx~}}=VVdVdV yy~}}=VVdVdV zz~A densidade serelacionacom pelaequao = .g, onde gaaceleraogravitacional.}}=VVdVdV xx~}}=VVdVdV yy~}}=VVdVdV zz~}}=VVdVdV xx~}}=VVdVdV yy~}}=VVdVdV zz~ um ponto que define o centro geomtrico de um objeto. Sua localizao podeser determinada a partir de frmulas semelhantes quelas utilizadas para obter ocentro de gravidade ou o centro de massa de um corpo. Se o material que compe o corpo for uniforme ou homogneo, a densidade oupeso especfico ser constante por todo o corpo e, conseqentemente, esse termopoder sair da chave de integrao e ser cancelado nos numeradores edenominadores das equaes.As frmulas resultantes que definem o centride de um corpo soindependentes do peso dele, dependendo apenas de sua geometria.VOLUME REA LINHASe um objeto subdividido em elementos de volumes infinitesimais dV (Figuraabaixo), a localizao do centride C( , , ) para o volume do objeto podeser determinadopeloclculodos momentosdoselementos infinitesimais emrelao a cada eixo de coordenadas. As frmulas resultantes so:VOLUMExyzSe um objeto subdividido em elementos de volumes infinitesimais dV (Figuraabaixo), a localizao do centride C( , , ) para o volume do objeto podeser determinadopeloclculodos momentosdoselementos infinitesimais emrelao a cada eixo de coordenadas. As frmulas resultantes so:VOLUMExyz}}=VVdVdV xx~}}=VVdVdV yy~}}=VVdVdV zz~De forma anloga, o centride para a rea da superfcie de um objeto, como umaplaca ouuma concha, pode ser obtidosubdividindo-se a rea doobjetoemelementos de reas infinitesimais dA e calculando-se os momentos dessas reaselementares em relao a cada eixo de coordenadas, isto :READe forma anloga, o centride para a rea da superfcie de um objeto, como umaplaca ouuma concha, pode ser obtidosubdividindo-se a rea doobjetoemelementos de reas infinitesimais dA e calculando-se os momentos dessas reaselementares em relao a cada eixo de coordenadas, isto :REA}}=AAdAdA xx~}}=AAdAdA yy~}}=AAdAdA zz~Se a geometria do objeto, tal como uma barra fina ou um fio, tem o formato de umfio, o clculo dos momentos dos elementos infinitesimais dL em relao a cada umdos eixos de coordenadas fornece:LINHASe a geometria do objeto, tal como uma barra fina ou um fio, tem o formato de umfio, o clculo dos momentos dos elementos infinitesimais dL em relao a cada umdos eixos de coordenadas fornece:LINHA}}=LLdLdL xx~}}=LLdLdL yy~}}=LLdLdL zz~Os centrides de algumas formas geomtricas devemser parcial ou completamenteespecificados por meio das condies de simetria. Nos casos em que a forma geomtricatem um eixo de simetria, o centride dela ficar sobre esse eixo.Nos casos em que uma forma tem dois ou trs eixos de simetria, o centride se localizar nainterseco desses eixos.Localize o centride da barra curvada no formato de um arco parablico, comomostrado na figura :Localize o centride da barra curvada no formato de um arco parablico, comomostrado na figura :( ) ( ) dydydxdy dx dL 122 2+||.|

\|= + =SOLUOLocalize o centride da barra curvada no formato de um arco parablico, comomostrado na figura :( ) ( ) dydydxdy dx dL 122 2+||.|

\|= + =Como , . Conseqentemente, expressandodL em funo de y e dy , temos: 2y x = y dy dx 2 / =SOLUOLocalize o centride da barra curvada no formato de um arco parablico, comomostrado na figura :( ) ( ) dydydxdy dx dL 122 2+||.|

\|= + =Como , . Conseqentemente, expressandodL em funo de y e dy , temos: 2y x = y dy dx 2 / =( ) dy y dL 1 22+ =SOLUOLocalize o centride da barra curvada no formato de um arco parablico, comomostrado na figura :( ) ( ) dydydxdy dx dL 122 2+||.|

\|= + =Como , . Conseqentemente, expressandodL em funo de y e dy , temos: 2y x = y dy dx 2 / =( ) dy y dL 1 22+ =O centride est localizado eme x x =~y y =~SOLUOO centride est localizado eme x x =~y y =~O centride est localizado eme x x =~y y =~mdy ydy y ydy ydy y xdLdL xxLL410 , 0479 , 16063 , 01 41 41 41 4~102102 2102102= =++=++= =}}}}}}O centride est localizado eme x x =~y y =~mdy ydy y ydy ydy y xdLdL xxLL410 , 0479 , 16063 , 01 41 41 41 4~102102 2102102= =++=++= =}}}}}}mdy ydy y ydLdL yyLL574 , 0479 , 18484 , 01 41 4~102102= =++= =}}}}Localize o centride do segmento circular do fio, conforme mostra a figura.Localize o centride do segmento circular do fio, conforme mostra a figura.Como o arco circula, sero usadas coordenadaspolares para resolver o problema.SOLUOLocalize o centride do segmento circular do fio, conforme mostra a figura.Como o arco circula, sero usadas coordenadaspolares para resolver o problema.( )tu u uuu uttttRd Rd RRdRd RdLdL xxLL2cos cos~2 /02 /022 /02 /0= = = =}}}}}}SOLUOLocalize o centride do segmento circular do fio, conforme mostra a figura.Como o arco circula, sero usadas coordenadaspolares para resolver o problema.( )tu u uuu uttttRd Rd RRdRd RdLdL xxLL2cos cos~2 /02 /022 /02 /0= = = =}}}}}}( )tu u uuu uttttRd Rd sen RRdRd RsendLdL yyLL2~2 /02 /022 /02 /0= = = =}}}}}}SOLUODetermine a distnciado eixo x ao centride da rea do tringulo mostrado na figura.yDetermine a distnciado eixo x ao centride da rea do tringulo mostrado na figura.A rea do elemento dAydy y hhbXDY dA ) ( = =SOLUODetermine a distnciado eixo x ao centride da rea do tringulo mostrado na figura.A rea do elemento dAydy y hhbXDY dA ) ( = =( )( )3~2126100 hbhbhdy y hhbdy y hhbydAdA yyhhAA= == =}}}}SOLUOLocalize o centride para a rea de um quarto de crculo mostrado na figura.Localize o centride para a rea de um quarto de crculo mostrado na figura.A rea do elemento dAdy y hhbXDY dA ) ( = =SOLUOLocalize o centride para a rea de um quarto de crculo mostrado na figura.A rea do elemento dAdy y hhbXDY dA ) ( = =( )( )3~2126100 hbhbhdy y hhbdy y hhbydAdA yyhhAA= == =}}}}SOLUOA rea do elemento infinitesimal :( )( ) u u dRRd R dA2221= =A rea do elemento infinitesimal :( )( ) u u dRRd R dA2221= =O centride do elemento triangular esta localizado em:u cos32~R x =u Rsen y32~=A rea do elemento infinitesimal :( )( ) u u dRRd R dA2221= =O centride do elemento triangular esta localizado em:u cos32~R x =u Rsen y32~=tuu uuu utttt34cos3222cos32~2 /02 /02 /022 /02Rdd RdRdRRdAdA xxAA=|.|

\|=|.|

\|= =}}}}}}A rea do elemento infinitesimal :( )( ) u u dRRd R dA2221= =O centride do elemento triangular esta localizado em:u cos32~R x =u Rsen y32~=tuu uuu utttt34cos3222cos32~2 /02 /02 /022 /02Rdd RdRdRRdAdA xxAA=|.|

\|=|.|

\|= =}}}}}}tuu uuu utttt34 3222 32~2 /02 /02 /022 /02Rdd sen RdRdRRsendAdA yyAA=|.|

\|=|.|

\|= =}}}}}}Localize o centride da rea mostrada na figura.Localize o centride da rea mostrada na figura.A rea do elemento :ydx dA=SOLUOLocalize o centride da rea mostrada na figura.A rea do elemento :ydx dA=x x =~2~yy =Seu centride esta localizado em:SOLUOLocalize a coordenada do centride da rea sombreada limitada pelas duas curvase , conforme a figura.xx y =2x y =Localize a coordenada do centride da rea sombreada limitada pelas duas curvase , conforme a figura.xx y =2x y =SOLUOA rea do elemento : dy x x dA ) (2 1 =Localize a coordenada do centride da rea sombreada limitada pelas duas curvase , conforme a figura.xx y =2x y =SOLUOA rea do elemento : dy x x dA ) (2 1 =2 2~ 2 1 2 12x x x xx x+=+ =Seu centride esta localizadoem:Localize a coordenada do centride da rea sombreada limitada pelas duas curvase , conforme a figura.xx y =2x y =SOLUOA rea do elemento : dy x x dA ) (2 1 =2 2~ 2 1 2 12x x x xx x+=+ =Seu centride esta localizadoem:( )( )( )( )pdx x xdx x x xdx y ydx y y xdAdA xxAA5 , 0~61121102102101 2101 2= === =}}}}}}Determine o baricentro da rea limitada pela curvae pela reta .22xy =x y =Determine o baricentro da rea limitada pela curvae pela reta .1 passo Faamos o esboo grfico:22xy =x y =SOLUODetermine o baricentro da rea limitada pela curvae pela reta .1 passo Faamos o esboo grfico:2 passo Calculemos A:22xy =x y =( )} } = =2020dx y y ydx Ac r203 22026 2 2((

=||.|

\| = }x xdxxx232342 u = =SOLUO3 passo Calculemos e :Multiplicamos a rea pela distancia de seu baricentro ao eixo dos x.Logo,( ) | |( )c r c ry y dx y y + 21dxxx dxxxxx Mx} } ||.|

\| =||.|

\|||.|

\|+ =204222024 212 2 2115858382120 3 21205 3=|.|

\| =((

=x x3 passo Calculemos e :Multiplicamos a rea pela distancia de seu baricentro ao eixo dos x.( ) | |( )c r c ry y dx y y + 21Para calcular o My, multiplicamos a rea pela distancia de seu baricentro ao eixo dos y.Logo,( ) | |x dx y yc r 322388 3 2 2204 32032202= =((

=||.|

\| =||.|

\| =} }x xdxxx xdxxx My4 passo Calculemoseatravs das frmulas: xy13232= = =AMxy5432158= = =AMyx|.|

\|54, 1 GDetermine o baricentro da superfcieD limitada pela curvae a reta , supondo-a de material homogneo.22x y =8 = yDetermine o baricentro da superfcieD limitada pela curvae a reta , supondo-a de material homogneo.22x y =8 = y1 passo Faamos o esboo grficoSOLUODetermine o baricentro da superfcieD limitada pela curvae a reta , supondo-a de material homogneo.22x y =8 = y1 passo Faamos o esboo grfico2 passo Calculemos :| |( )222322222822282364332323161631616328 2 822uxx dx xdx y dydx Axx= =|.|

\|+ |.|

\| =((

= == = }} } }SOLUO3 passo Calculemos os momentos estticos em relao aos eixos dose dos: x y| | ( ) ( )( ) ( ) 0 8 16 8 16242 8 2 822422232222282228222= =((

= = = = = } } } } } }}xxdx x x dx x x dx y x xdydx xdydxxx D3 passo Calculemos os momentos estticos em relao aos eixos dose dos: x y| | ( ) ( )( ) ( ) 0 8 16 8 16242 8 2 822422232222282228222= =((

= = = = = } } } } } }}xxdx x x dx x x dx y x xdydx xdydxxx D( )5512512812856464564645232 2 32222522422822228222= =|.|

\|+ |.|

\| =((

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= = } } } } }}xx dx x dxyxdydx ydydxxx D3 passo Calculemos os momentos estticos em relao aos eixos dose dos: x y| | ( ) ( )( ) ( ) 0 8 16 8 16242 8 2 822422232222282228222= =((

= = = = = } } } } } }}xxdx x x dx x x dx y x xdydx xdydxxx D( )5512512812856464564645232 2 32222522422822228222= =|.|

\|+ |.|

\| =((

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= = } } } } }}xx dx x dxyxdydx ydydxxx DAssim,03640= = x8 , 45243645512= = = y ( ) 8 , 4 ; 0 GLocalize a coordenada do centride de um parabolide de revoluo que gerado pela rotao da rea sombreada mostrada na figura, em torno do eixo .yyLocalize a coordenada do centride de um parabolide de revoluo que gerado pela rotao da rea sombreada mostrada na figura, em torno do eixo .yydy z dV2t =O volume do elemento :SOLUOLocalize a coordenada do centride de um parabolide de revoluo que gerado pela rotao da rea sombreada mostrada na figura, em torno do eixo .yydy z dV2t =y y =~O volume do elemento :Seu centride esta localizadoem:SOLUOLocalize a coordenada do centride de um parabolide de revoluo que gerado pela rotao da rea sombreada mostrada na figura, em torno do eixo .yydy z dV2t =y y =~O volume do elemento :Seu centride esta localizadoem:( )( )mydydy ydy zdy z ydVdV yyVV7 , 66100100~1000100021000210002= = = =}}}}}}ttttSOLUODeterminealocalizaodocentrodemassadocilindromostradonafigura,sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distncia a partir da base,isto , .3/ 200 m zkg = Determinealocalizaodocentrodemassadocilindromostradonafigura,sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distncia a partir da base,isto , .3/ 200 m zkg = Por razes de simetria do material:0 = = y xSOLUODeterminealocalizaodocentrodemassadocilindromostradonafigura,sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distncia a partir da base,isto , .dz dV2) 5 , 0 ( t =O volume do elemento :3/ 200 m zkg = Por razes de simetria do material:0 = = y xSOLUODeterminealocalizaodocentrodemassadocilindromostradonafigura,sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distncia a partir da base,isto , .dz dV2) 5 , 0 ( t =z z =~O volume do elemento :Seu centride esta localizadoem:3/ 200 m zkg = Por razes de simetria do material:0 = = y xSOLUODeterminealocalizaodocentrodemassadocilindromostradonafigura,sabendo que sua densidade varia diretamente com sua distncia a partir da base,isto , .dz dV2) 5 , 0 ( t =z z =~O volume do elemento :Seu centride esta localizadoem:3/ 200 m zkg = Por razes de simetria do material:0 = = y xSOLUO( ) ( )( ) ( )mzdzdz zdz zdz z zdVdV zzVV667 , 05 , 0 2005 , 0 200~10102102102= = = =}}}}}}ttUmcorpocompostoconsisteemumconjuntodecorposdeformatosmaissimplesquepodem ser retangulares, triangulares, semicirculares etc. esse corpo freqentemente podeser segmentadooudivididoemsuaspartesconstituintese, contantoqueopeso ealocalizao do centro de gravidade de cada uma dessas partes sejam conhecidos, podemoseliminar a necessidade de integrao para obter o centro de gravidade do corpo como umtodo. Esse mtodo para obteno do centro de gravidade requer que cada uma das partes docorposejatratadacomoumapartculaequesejautilizadooprocedimentoapresentadoanteriormente para clculo do mesmo . Uma vez que podemos considerar um nmero finitode pesos, assim obtemos frmulas semelhantes s equaes anteriores.Reescrevendo essas frmulas, temos:=WW xx~=WW yy~=WW zz~z y x , ,Representamas coordenadas do centro de gravidade G do corpocomposto.z y x~,~,~Representam ascoordenadas docentrode gravidadede cadaparte queconstitui o pesoW a soma resultante dos pesos de todas as partes que constituem o corpoou simplesmente o peso total do corpo compostoLocalize o centride do fio mostrado na figura.Localize o centride do fio mostrado na figura.O fio dividido em 3 seguimentos:SOLUOmmLL xx 5 , 455 , 248310 . 11~= = =mmLL xx 5 , 455 , 248310 . 11~= = =mmLL yy 5 , 225 , 248600 . 5~ == =mmLL xx 5 , 455 , 248310 . 11~= = =mmLL yy 5 , 225 , 248600 . 5~ == =mmLL zz 805 , 05 , 248200~ == =Localize o centride da rea da placa mostrada na figura.A placa dividida em 3 seguimentos:SOLUOAssim,pAA xx 348 , 05 , 114~ == =pAA yy 22 , 15 , 1114~= = =Determine as coordenadas do centro de gravidade da rea da superfcie dadana figura abaixo:( ) y x G ,Determine as coordenadas do centro de gravidade da rea da superfcie dadana figura abaixo:( ) y x G ,AMxy=AMyx=234 5 . 2 1 . 2 2 . 6 5 . 2 u A = + + + =SOLUODetermine as coordenadas do centro de gravidade da rea da superfcie dadana figura abaixo:( ) y x G ,AMxy=AMyx=234 5 . 2 1 . 2 2 . 6 5 . 2 u A = + + + =( ) ( ) ( ) 67 5 , 2 . 10 5 , 2 . 2 1 . 12 5 , 2 . 10 = + + + =xMSOLUODetermine as coordenadas do centro de gravidade da rea da superfcie dadana figura abaixo:( ) y x G ,AMxy=AMyx=234 5 . 2 1 . 2 2 . 6 5 . 2 u A = + + + =( ) ( ) ( ) 67 5 , 2 . 10 5 , 2 . 2 1 . 12 5 , 2 . 10 = + + + =xM170 9 . 10 5 . 2 5 . 12 1 . 10 = + + + =yMSOLUODetermine as coordenadas do centro de gravidade da rea da superfcie dadana figura abaixo:( ) y x G ,AMxy=AMyx=234 5 . 2 1 . 2 2 . 6 5 . 2 u A = + + + =( ) ( ) ( ) 67 5 , 2 . 10 5 , 2 . 2 1 . 12 5 , 2 . 10 = + + + =xM170 9 . 10 5 . 2 5 . 12 1 . 10 = + + + =yM534170= = x3467= ySOLUOLocalize o centro de massa do conjunto composto mostrado na figura. O troncode cone tem densidade e o hemisfrio tem densidade de . Nocentro existe um furo cilndrico de raio igual a 25 mm .3/ 8 m tc = 3/ 4 m th = Devido a Simetria 0 = = y xmmmm zz6 , 14141 , 3815 , 45~= ==SOLUODistribuio de Presso sobre uma SuperfcieIntensidade da Fora ResultantePara determinar a intensidade de FR , necessrio somar cada uma das foras diferenciais dFque atuam sobre toda a superfcie da placa A. Esse somatrio pode ser expressomatematicamente como uma integral:= F FR( )} }= =V ARdV dA y x p F ,;Conseqentemente, podemos ver que a linha de ao da fora resultantepassa pelo centro geomtricoou centride do volume sob o diagrama de carregamentodistribudo.;Localizao da Fora ResultanteA1oca1izao de FR podeser determinadaigualando-se os momentos de FRaosmomentos de todas as foras dF em relao a seus eixos x, y.) , ( y x( )} }= =V ARdV dA y x p F ,( )( )}}}}= =VVAAdVxdVdA y x pdA y x xpx,, ( )( )}}}}= =VVAAdVydVdA y x pdA y x ypy,,