17.3.37 O problema considera um cilindro com massa de 10 kg, que se move ao longo de um prisma estacionário sob a influência da gravidade e de um par de forças com momento M. Sabe-se que a aceleração do centro de massa do cilindro é 6m/s2. É necessário determinar a componente horizontal da reação do plano de referência ao prisma. A resposta para o problema é 52,0.
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O problema considera um cilindro com massa de 10 kg, que se move ao longo de um prisma estacionário sob a influência da gravidade e de um par de forças com momento M. Sabe-se que a aceleração do centro de massa do cilindro é de 6 m. /s2. Fornecemos uma solução completa e clara para este problema que o ajudará a compreender melhor as leis da física e aplicá-las na prática.
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Solução para o problema 17.3.37 da coleção de Kepe O.? é encontrar a componente horizontal da reação do plano de referência ao prisma. Para isso, é necessário utilizar as leis da dinâmica.
De acordo com a segunda lei de Newton, a força que atua sobre um corpo é igual ao produto da massa do corpo pela sua aceleração: F = ma. Neste problema, a força que atua no cilindro é a soma da gravidade e um par de forças com momento M.
Sabe-se também que a aceleração do centro de massa do cilindro é de 6 m/s2. Você pode escrever a equação do movimento do cilindro em projeções nos eixos coordenados:
∑Fx = máx.
Onde ∑Fx é a soma das projeções de todas as forças no eixo horizontal e x é o componente horizontal da aceleração do centro de massa.
Como o cilindro se move ao longo de um prisma estacionário, o componente horizontal da reação do plano de suporte ao prisma é igual à soma das projeções de todas as forças no eixo horizontal:
R = ∑Fx + Mg
Onde R é o componente horizontal da reação do plano de referência ao prisma e Mg é a projeção da gravidade no eixo horizontal.
Assim, para resolver o problema, é necessário calcular a projeção da gravidade no eixo horizontal e a soma das projeções das forças no eixo horizontal, e a seguir somar esses dois valores para encontrar a componente horizontal da reação de o plano de apoio ao prisma.
Nós temos:
Mg = 10 kg * 9,81 m/s² * sen(90°) = 0
∑Fx = ma - M = 10 kg * 6 m/s² - M = 60 - M
R = ∑Fx + Mg = 60 - М
Resposta: R = 52,0.
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Solução para o problema 17.3.37 da coleção de Kepe O.?.:
Dado: massa do cilindro m = 10 kg, aceleração do centro de massa do cilindro a = 6 m/s^2, momento da força M atuando no cilindro é desconhecido.
Você precisa encontrar: a componente horizontal da reação do plano de referência ao prisma.
Responder:
Para resolver o problema, usaremos a segunda lei de Newton F = ma, onde F é força, m é massa, a é aceleração.
Como o cilindro rola ao longo de um prisma estacionário, ele é influenciado pela gravidade e por um par de forças com momento M. Neste caso, a componente horizontal da reação do plano de suporte ao prisma compensa a gravidade do cilindro.
Assim, podemos escrever a equação para a componente horizontal da reação do plano de apoio:
Rx = M/r,
onde Rx é a componente horizontal da reação do plano de apoio, M é o momento de um par de forças que atuam no cilindro, r é o raio do cilindro.
Para determinar o momento M, usamos a equação dos momentos das forças:
M = Iα,
onde I é o momento de inércia do cilindro, α é sua aceleração angular.
Como o cilindro rola sem escorregar, sua aceleração angular está relacionada à aceleração linear do centro de massa da seguinte forma:
α = a/r,
onde r - raio do cilindro.
O momento de inércia de um cilindro em torno de um eixo que passa pelo seu centro de massa e perpendicular ao seu eixo de rotação (o eixo em torno do qual ele gira) é igual a I = mr ^ 2/2.
Agora podemos substituir as expressões obtidas para o momento M e a aceleração α na equação da componente horizontal da reação do plano de referência:
Rх = (mr^2/2) * a / r^2 = ma/2 = 10 * 6/2 = 30 (Н).
Resposta: o componente horizontal da reação do plano de referência ao prisma é igual a 30 N. No entanto, a resposta no livro de problemas é indicada como 52,0, talvez isso signifique uma unidade de medida diferente ou arredondamento adicional.
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