Força em um sistema de manivela


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Declaração

Em um sistema de manivela, como descrito na figura, sabemos os valores de: largura da biela ( ), largura da manivela ( b ), torque na manivela ( M ) e velocidade angular ω que nós aplicamos a esse torque. Queremos conhecer a força resultante ( F 2 ) do sistema.mbMωF2

Manivela

Nota: o diagrama é ausente , que é o ângulo entre F 1 e FγF1F . Além disso, e F são mal desenhada; eles devem verificar ( 1 ) abaixo. É apenas um erro no diagrama, não no conceito da questão.F1F(1)


Solução

Minha tentativa foi a seguinte:

Pelo diagrama, podemos ver:

F1=Fcosγ(1)bsinα=msinβ(2)α+β+γ+90=180(3)F2=F1cosβ(4)

Colocando em ( 4 ) : F 2 = F cos γ cos β(1)(4)

F2=Fcosγcosβ(5)

Antes de tudo, precisamos de uma relação entre e α . O único é ( 2 ) , onde podemos obter cos β em função de α isolando cos β depois de aplicar o pecado β = cosβα(2)cosβαcosβ , então: bsinβ=1cos2β

bsinα=msinβsinβ=msinαb1cos2β=msinαb1cos2β=m2sin2αb2cos2β=b2m2sin2αb2cosβ=b2m2sin2αb2cosβ=b2m2sin2αb

Colocando isso em : F 2 = F cos γ (5)

F2=Fcosγb2m2sin2αb(7)

Agora, precisamos de uma relação entre e α . De ( 3 ) , temos: γ = 90 - α - βγα(3)

γ=90αβ(8)

Entretanto, queremos somente em função de α , sem β . Então, vamos para ( 2 ) novamente para calcular β em função de α . Aplicando arcsin , obtemos: β = arcsin ( m sen αγαβ(2)βαarcsin

β=arcsin(msinαb)(9)

Então, colocando-o em : γ = 90 - α - arcsin ( m sen α(8)

γ=90αarcsin(msinαb)

(7)

F2=Fcos[90αarcsin(msinαb)]b2m2sin2αb

cos(90x)=sinx

F2=Fsin[α+arcsin(msinαb)]b2m2sin2αb

F2=F(sin(α)1m2b2sin2(α)+mbsinαcosα)b2m2sin2αbF2=Fsinαmcosαb2m2sin2α+b2m2sin2αb2

ωtMαωtFM/m

F2=Mmsin(ωt)mcos(ωt)b2m2sin2(ωt)+b2m2sin2(ωt)b2

Pergunta, questão

Esta solução está correta?

PS : meu nível de estudos de física é bastante baixo; portanto, restrinja-se a esse nível de dificuldade.


2
α=ωtω

Respostas:


2

Eu resolveria isso pela conservação do poder. A força linear é a força vezes a velocidade; a potência rotacional é o torque multiplicado pela velocidade angular.

Você está tentando encontrar força linear, sabe o torque e a velocidade angular, então a única coisa que precisa encontrar é a velocidade linear.

mcosωt

Então, juntando tudo:

F=τωmcosωt

Eu apenas acrescentaria que todas as suposições ideais se aplicam aqui; guia linear sem atrito, rolamentos, etc.
Chuck
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