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MECÂNICA APLICADA Prof. Michel Sadalla Filho
Referências
HIBBELER, R. C. Mecânica Estática. 10 ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2005, 540p.
ELIAS, Moisés; CHAVES, Wanrley – Coleção Abril – FÍSICA Volumes 29/30 – 1978, São Paulo.
GASPAR, Ricardo: Mecânica dos Materiais. http://professor.ucg.br/siteDocente/admin/arquivosUpload/13796/material/Resistência%20dos%20Materiais.pdf
BEER, Ferdinand P; JOHNSTON Jr, E. Russel; EISENBERG, Elliot Berg: Mecânica Vetorial para Engenheiros – Mc Graw Hill, 7ª Edição,2006
Centros de Gravidade, Centro de Massa, Centróides de uma figura plana
DOC 06
14 Fev 2013 Ver. 01
INTRODUÇÃO
• Os conceitos de CENTRO DE GRAVIDADE, CENTRO DE MASSA e CENTRÓIDE, muitas vezes são utilizados como se fossem a mesma coisa, pois, na prática são originários de um mesmo princípio, o desenvolvimento do primeiro, leva aos outros dois, com algumas particularidades.
• Antes, porém, vamos retomar o TEOREMA DE VARIGON, utilizado para desenvolver o conceito de centro de gravidade.
• TEOREMA DE VARIGNON
• “O momento da resultante de um sistema de forças coplanares, em relação a um ponto qualquer de seu plano, é igual a soma algébrica dos momentos parciais das forças constituintes do sistema em relação ao mesmo ponto.”
2
TEOREMA DE VARIGNON EXEMPLO
O sistema abaixo, compõem-se de uma viga com as três forças
indicadas (F1, F2, F3), tendo como resultantes: FR = - 14 N e MRO = - 33 N.m (sentido horário)
+ ΣM0 = (3x1) – (12x3)
ΣM0 = 3 – 36
MRo = - 33 N.m
Determinação do ponto (XG) onde se
pode colocar a FR que terá o mesmo efeito de translação e rotação.
MR0 = FR . XG
-33 = -14N . XG
XG = -33/-14 = 2,4m 3
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DE UMA FIGURA PLANA
BARRA PRISMÁTICA Secção longitudinal
Secção transversal
4
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DE UMA FIGURA PLANA
1. Área
2. Momento Estático de Área
3. Centro de Gravidade; Centro de Massa, Centróide
4. Momento de Inércia
5. Raio de Giração
5
1 - ÁREA de uma figura plana é a superfície
limitada pelo seu contorno.
b
h
Unidade de área: [L2] – unidade de comprimento ao quadrado
Sistema Internacional [m2] outras unidades: in2 ; cm2; mm2
A área é utilizada para a determinação das tensões normais
de tração e compressão (σ) e das
tensões de cisalhamento ou corte (τ) A = b.h
A = b.h/2
A = (b+B)/2 . h A = a2
A = π (R2 – r2)
A = π R2
a
a
6
3.1 – CENTRO DE GRAVIDADE Seja sistema três partículas de pesos P1, P2 e P3, conforme mostrado na figura ao lado.
- P. XG = - P1.x1 - P2.x2 - P3.x3
P. XG = P1.x1 +P2.x2 + P3.x3
Aplicando o Teorema de Varignon ponto O:
XG = P1.x1 + P2.x2 + P3.x3
P
XG = m1.g.x1 + m2.g.x2 + m3. g.x3
m.g
Como m = m1 + m2 + m3
XG = m1.x1 + m2.x2 + m3.x3
m1+ m2.+ m3
( 05 )
( 06 )
Também denominada de centro de massa
7
3.1 – CENTRO DE GRAVIDADE / CENTRO DE MASSA
Girando-se o sistema de partículas de 90º e no sentido horário, mantêm-se a mesma relação das forças-pesos destas partículas.
Analogamente, a ordenada YG da linha de ação da resultante será dada por:
CENTRO DE GRAVIDADE: quando se utiliza as forças-pesos
CENTRO DE MASSA: quando se utiliza as massas
Mas ambos são conceitos semelhantes, na prática se diz Centro de Gravidade, ou ainda o termo CG
( 07 )
8
3.2 – CENTRÓIDE DE UMA SUPERFÍCIE Quando consideramos uma superfície (figura
no plano XY) ao invés de um corpo sólido
(volume), a expressão centro de gravidade é
denominada por alguns autores de
CENTRÓIDE, ou ainda de BARICENTRO de uma
superfície.
Utilizando o conceito de densidade (d)
d = m / V m = d . V = d . A. h
Para casos de densidade homogênea (mesmo
material) e superfícies de mesma espessura
(h), as expressões ( 06) e (07) desenvolvidas
para o centro de gravidade:
XCG = d h (X1 A1 + X2 A2 + X3 A3)
d. h. (A1 + A2 + A3)
YCG = Y1 . A1 + Y2 A2 + .Y3 A3
A1 + A2 + A3
XCG = X1 . A1 + X2 A2 + X3 A3
A1 + A2 + An ( 08 )
ANALOGAMENTE,
( 09 ) 9
3.2 – CENTRO DE GRAVIDADE / CENTRÓIDE DE UMA SUPERFÍCIE
Se ao invés de três elementos em que a área é dividida, aumentarmos para n elementos, as equações (8) e (9) ficam:
Considerando a totalidade das partículas, temos:
XCG = ∫ x dA YCG = ∫ Y dA
XCG = X1 . A1 + X2 A2 + ... Xn An
A1 + A2 + ... An
YCG = Y1 . A1 + Y2 A2 + ... Yn An
A1 + A2 + ... An ( 10 ) ( 11)
( 12 ) ( 13)
A A
Na prática usamos as equações (10) e (11) que também são expressas por
( 14 ) ( 15 )
10
CENTRO GRAVIDADE –composição de figuras
11
No exemplo abaixo, desmembramos a figura (a) em duas formas:
Fig (a)
Fig (a)
X1 A1 + X2 A2 + X3 A3
A1 + A2 + A3
XCG =
XCG = X1 A1 + X4 A4 - X5 A5
A1 + A4 - A5
5
1
2 3
1
4
Analogamente
para YCG
CENTRO DE GRAVIDADE / CENTRÓIDES Algumas observações
1. Para este curso, utilizaremos a expressão centro de gravidade com mesmo significado de centróide de uma superfície plana, ou ainda baricentro.
2. trabalharemos no plano XY
3. existem diversas notações para expressar o centro de gravidade:
XG; XCG e analogamente YG; YCG e
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CENTROS DE GRAVIDADE (CENTRÓIDES) DE SUPERFÍCIES PLANAS
Retângulo Quadrado Triângulo
13
CENTROS DE GRAVIDADE (CENTRÓIDES) DE SUPERFÍCIES PLANAS
Círculo ¼ Círculo Semicírculo
14
EXEMPLO 1: Localize o CG da figura abaixo
15
EXEMPLO 1 - Solução
16
EXEMPLO 2: Localizar e calcular o centróide da peça abaixo.
17
EXEMPLO 2 – Solução
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EXEMPLO 3 – Localizar o centróide da figura abaixo
EXEMPLO 3 – Solução
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EXEMPLO 4 Determinar o centro de gravidade da figura, utilizando o Momento Estático de Área
1 – Cálculo das Áreas:
SOLUÇÃO
3- Cálculo do CG
YCG = 7,36 cm
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YCG Na direção x há simetria....
EXEMPLO 5 – Determinar o Centro de Gravidade utilizando Momento Estático de Área
A Figura hachurada pode ser o resul-tado de um retângulo (12×6) cm2 do qual foram retirados um triângulo e um semicírculo.
SOLUÇÃO 1- ÁREA
RESPOSTAS CENTRO DE GRAVIDADE
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EXERCÍCIOS – Calcular o CG das figuras abaixo:
A1 = a2; x1 = a/2; y1 = a/2
A2= a2/2 ; x2=4a/3; y2=a/3
XG = 0,777a; YG = 0,444a
Ex. 01 Ex. 02 Ex. 03
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Ex. 04 Ex. 05
EXERCÍCIOS CENTRO DE GRAVIDADE
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EXERCÍCIOS – CENTRO GRAVIDADE
EX. 06 – Calcule o centro de gravidade da figura abaixo (repare que a figura pode ser expressa pela composição de duas outras)
- =
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