04/02/2026 MECÂNICA GERAL - CIVIL - Prof. Laécio Gomes Galdino 1 Engenharia Civil Disciplina: Mecânica Geral CHT: 60horas/ 72 aula. Prof. Dr. Engº. Ind. Mec. Laécio Gomes Galdino Doutor em Engenharia Mecânica; Mestre em Engenharia de Materiais; Graduação em Engenharia Industrial Mecânica; Licenciado em Educação Profissionalizante; Técnico em Eletromecânica; E-mail: lggaldino@ifma.edu.br PLANO DE AULA 2 1 04/02/2026 Destacar os princípios da Dinâmica, conceitos e características da Mecânica Aplicada a Engenharia Civil e bases para a dinâmica das estruturas. OBJETIVO GERAL NO PPC (FOI ALTERADO REUNIÃO NDE) 3 Associar e Aplicar os fundamentos da mecânica conforme os sistemas de unidades, a precisão numérica no estudo da força e momentos, centróide, baricentro, momento de inércia e de massa e outras associações necessárias para desenvolvimento de componentes mecânicos desde situações bidimensionais aos tridimensionais com associações às estruturas dentro de padrões de análises estáticas. NOVO OBJETIVO GERAL 4 2 04/02/2026 Momentos de inércia (Estática); Força, massa e aceleração; Trabalho e energia; Impulso e quantidade de movimento; Dinâmica dos sistemas não rígidos; Análise de estruturas; Forças em vigas, diagramas de cisalhantes e momentos fletores; Escoamento permanente de massa; Escoamento com massa variável. forças EMENTA DO PPC (FOI ALTERADA REUNIÃO NDE) 5 Introdução a mecânica para engenharia; Sistemas de Unidades e suas Correlações; Algarismos Significativos e Regras de Arredondamento; Estudo de Forças aplicadas na Análise de Estática de Partículas no Plano e no Espaço, conforme variações mecânicas a sistemas de forças e resultantes; Sistemas de Forças e Momentos no estudo de Corpos Rígidos, ações internas, externas , equivalências e resultantes; Equilíbrio Bidimensional e Tridimensional em corpos Rígidos; Estudo de Centróides e Baricentros em linhas, áreas e sólidos; Estudo de Força e Massa no âmbito de Momento Estático, Momento de Inércia de 2ª Ordem, Raio de Giração, Módulo de Resistência, Produto de Inércia, Momento Polar de Inércia e Módulo de Resistência Polar; Princípios da Força Cortante, Momento Fletor; Flexão e Flambagem. NOVA EMENTA 6 3 04/02/2026 Aulas expositivas com demonstrações; Elaboração e disponibilização de Material didático via: slides, quadro eletrônico no ClassRoom; e diário Atividades de pesquisa e estudos dirigidos; Atividades desenvolvidas em sala de aula e/ou laboratório com acompanhamento do professor; Análise de relatórios técnicos. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS 7 Quadro branco, marcador e apagador; Data show; Material áudio-visual; Recursos on line (Classroom, entre outros); Laboratórios atividades; e instrumentos correlatos as Visitas técnicas (caso haja disponibilidade). RECURSOS 8 4 04/02/2026 Avaliação contínua, de acordo com parâmetros definidos pela escola; Avaliações teóricas: escrita e/ou discursiva serão realizadas ao longo do período correspondentes aos itens do conteúdo programático de maior peso; Avaliação de trabalhos de pesquisa, resolução de exercícios, caso seja necessário, a apresentação de relatórios (previamente negociados com a turma); Sugestões propostas pela turma (Prática ou Teórica) conforme viabilidade a ser avaliada pelo professor. PROCEDIMENTOS DE AVALIATIVOS 9 Principais: BEER, F. P. E, ELLIOT R. JOHNSTON, E. R. Mecânica vetorial para engenheiros: Dinâmica. Vol. 2. São Paulo: Mcgraw-hill Interamericana, 2019. HIBBELER, R.C. Estática: mecânica para engenharia. 12. ed. São Paulo: Pearson, 1998. HIBBELER, R.C. Dinâmica: mecânica para engenharia. 12. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2005. KAMINSKI, P. C. Mecânica geral para engenheiros. Editora Edgard Blucher, 2000. Outras a serem avaliadas no decorrer da disciplina. REFERÊNCIAS 10 5 04/02/2026 ESTÁTICA 11 Os engenheiros aplicam princípios da Matemática e da Física para projetar melhor e mais rapidamente dispositivos mecânicos, que na maioria das vezes estão associados a máquinas e equipamentos. Eles reduzem o tempo e os custos associados com a construção e o teste de protótipos aprimorando seus projetos no papel antes da produção de qualquer, estrutura, peça ou equipamento. Os programas de projetos auxiliados por computador aumentam ainda mais o nível de sofisticação disponível para se analisar um projeto e determinar se este funcionará de modo adequado ou não. ESTRUTURA DAS FORÇAS APLICADAS ÀS ESTRUTURAS E MÁQUINAS 12 6 04/02/2026 As forças que atuam sobre estruturas da área de componentes em edificações e máquinas tratam-se dos primeiros elementos de Estudo da Mecânica direcionada para os engenheiros. Basicamente faremos uma introdução à mecânica, um tópico que inclui as forças que atuam sobre estruturas, dispositivos ou partes de máquinas, e a propensão de elas permanecerem em repouso ou se moverem; Exploraremos as propriedades das forças e as habilidades necessárias para a resolução de problemas e para a compreensão dos efeitos que essas forças exercem sobre os componentes de engenharia (onde se aplicar). ESTRUTURA DAS FORÇAS APLICADAS ÀS ESTRUTURAS E MÁQUINAS 13 Depois de desenvolvermos os conceitos de sistema de forças, momentos e equilíbrio estático, será possível entender como calcular as magnitudes e direções das forças que atuam sobre e no interior de estruturas e máquinas simples. ESTRUTURA DAS FORÇAS APLICADAS ÀS ESTRUTURAS E MÁQUINAS 14 7 04/02/2026 UMA PEÇA OU ESTRUTURA QUE COMPÕE UM EQUIPAMENTO PODERÁ OPERAR DE MODO CONFIÁVEL? 15 O segundo objetivo é de buscar a compreensão sobre o funcionamento das estruturas e componentes mecânicos, tomando-se como ponto de partida o entendimento dos princípios mecânicos. A principal função dos engenheiros é construir estruturas, máquinas, equipamentos e dispositivos que funcionais, úteis e contribuindo de alguma forma para melhorar a sociedade. ESTRUTURA DAS FORÇAS APLICADAS ÀS ESTRUTURAS E MÁQUINAS 16 8 04/02/2026 Os equipamentos de transmissão de força e outros tipos de máquinas geralmente são construídos com componentes padronizados ou “blocos de construção” usuais no cotidiano dos engenheiros mecânicos. Pelo menos os engenheiros devem possuir uma boa intuição para determinar dispositivos como: rolamentos, eixos, engrenagens, correias e dispositivos de estruturas na Mecânica; Assim também o Engenheiro Civil deve poder seleciona e dimensionar os componentes de edificações conforme a demanda de projeto; ESTRUTURA DAS FORÇAS APLICADAS ÀS ESTRUTURAS E MÁQUINAS 17 E importante desenvolver um vocabulário técnico que revele conhecimento prático dos componentes de equipamentos e máquinas. A Engenharia possui seu próprio vocabulário, composto de termos especializados que expressão de modo preciso as informações relacionadas com a construção das estruturas, equipamentos e os diversos dispositivos. Para se comunicar eficientemente com outros engenheiros, você precisa aprender, adotar e esse vocabulário. O conhecimento prévio adquirido também é necessário para selecionar o componente adequado: - O que deve ser usado neste ou naquele projeto? - Um rolamento de esferas, de rolos cônicos ou um rolamento axial? (no caso de elementos mecânicos) 18 9 04/02/2026 Texto: “Um erro de unidades a caminho de Marte” SOLUÇÃO DE PROBLEMAS E HABILIDADES guia para leitura e discursão: pág. 28 e DE COMUNICAÇÃO Texto 29 WICKERT, 2011; 19 20 10 04/02/2026 21 22 11 04/02/2026 23 Atividade 1 - Pesquise um caso similar ao texto discutido anteriormente e resuma o texto divulgado em no mínimo 10 linhas. A IMPORTÂNCIA DOS SISTEMAS DE UNIDADES E SUAS CONVERSÕES PARA A ENGENHARIA 24 12 04/02/2026 ALGUMAS TABELAS DE UNIDADES E DE CONVERSÕES 25 26 13 04/02/2026 27 28 14 04/02/2026 29 30 15 04/02/2026 ↓ PARA PRÓXIMA AULA participação em SALA ↓ 1) 2) 3) 4) ↓ PARA PRÓXIMA AULA ↓ Conforme os procedimentos de cálculos numérico, recomendados em engenharia, pesquise o que são algarismos significativos e regras de arredondamentos para assegurar a precisão apropriada. ATIVIDADE 2 31 Equilíbrio de Forças e Momentos Resumo - Abordagem planar generalizada a partir das descrição das componentes e interpretações; O que é Diagrama de Corpo Livre? Sugestão: (Estudar nos livros: BEER, Cap. 2 e HIBBELER, Cap.3) FORÇAS APLICADAS AS ESTRUTURAS E COMPONENTES MECÂNICOS 32 16 04/02/2026 Na prática um problema de engenharia é derivado de uma situação física real. O esboço mostrando as condições físicas do problema é conhecido como diagrama espacial. Muitos problemas que envolvem Estruturas Reais podem ser reduzidos ao equilíbrio de uma Partícula Significativa e traçando se um diagrama em separado é possível mostrar essa partícula e todas as forças que atuam sobre ela. O diagrama anterior nada mais é do que um Diagrama de Corpo Livre. ENTENDENDO O DIAGRAMA DE CORPO LIVRE EX.: QUILÍBRIO DE UMA PARTÍCULA 33 Após observar todas as forças que atuam sobre o ponto material: Desenhe o contorno do ponto material a ser estudado. Imagine que o ponto material esteja isolado, ou ‘seccionado’, ou ‘livre’ de seu entorno e desenhe o contorno de sua forma; Mostre todas as forças. Indique neste esboço todas as forças que atuam sobre o ponto material. Essas forças podem ser ativas, tendendo a pôr o ponto material em movimento ou reativas, que são o resultado de restrições ou apoios que tendem a impedir o movimento. CONSTRUÇÃO: DIAGRAMA DE CORPO LIVRE 34 17 04/02/2026 OBS.: Para se considerarem todas as forças, é interessante traçar o contorno em torno do ponto material, anotando cuidadosamente cada força que age sobre ele. Identifique cada força. As forças conhecidas devem ser marcadas com suas intensidades, direções e sentidos. Normalmente são usadas letras para representar as intensidades, direções e sentidos das forças desconhecidas. CONSTRUÇÃO: DIAGRAMA DE CORPO LIVRE 35 EXEMPLO: DIAGRAMA DE CORPO LIVRE 36 18 04/02/2026 EXEMPLO: DIAGRAMA DE CORPO LIVRE 37 Para se determinar a influência das forças sobre uma estrutura, máquina ou componente simples, precisamos descrever a magnitude e a direção da força; É importante lembrar que os conceitos correspondentes às soluções técnicas para problemas bidimensionais se aplicam aos casos gerais de elementos tridimensionais; As forças são quantidades vetoriais, uma vez que sua ação física envolve tanto a direção quanto a magnitude, ou seja, a tendência de uma força no sentido de puxar ou empurrar um objeto em uma determinada direção. FORÇA EM TERMOS COMPONENTES RETANGULARES E POLARES: CASO PLANAR 38 19 04/02/2026 j i REPRESENTAÇÃO DO VETOR DE UMA FORÇA: COMPONENTE RETANGULAR E POLARES 39 Os vetores de uma força são simbolizados por letras escritas em negrito, como F; Uma vez estabelecida a direção para os eixos cartesianos a força pode ser dividida em suas componentes ao longo dessas direções; Neste modo de representação os vetores unitários são usados para indicar as direções e sentidos, orientando segundo o sentido positivo do respectivo eixo; As componentes Fx e Fy da figura anterior fornecem informações sobre as magnitudes das componentes horizontais e verticais; F=Fxi + Fyj COMPONENTES RETANGULARES 40 20 04/02/2026 Trata-se e uma outra alternativa, ou seja, ao invés de compreender uma força em termos do quanto ela empurra um objeto para frente e para cima, é possível expressar o quanto a força impele e para que direção ela impele tal objeto; Neste caso, o comprimento do vetor força é um valor escalar, ou simplesmente um valor numérico, e é indicado por F=IFI; O vetor força F é representado por dois números (F,θ); Desta forma, temos assim a representação do vetor que é chamada de componente polar ou representação em coordenadas polares ou forma de magnitude-direção. Conversão polar para retangular: Fx = F . cos θ Fy = F . sen θ COMPONENTES POLARES 41 Aplicar método da Álgebra Vetorial 350 lb Um parafuso tipo olhal está servindo de suporte para diversos cabos. Determine a resultante das forças atuantes usando abordagem algébrica vetorial e sua direção conforme referencial eixo–x (horizontal), quando inclusa uma carga adicional F3 de 150 lb. F2 F1 20º 45º 800 lb F3 EQUILÍBRIO DE FORÇAS: EXEMPLO SALA Parafuso de Olhal para Suporte de Cabos, pág. 67, WICKERT, 2011 - Capítulo 3 42 21 04/02/2026 Aplicar método do Polígono Vetorial Numa alavanca de controle de um mecanismo são aplicadas forças de 10lb e 25lb. Determinar a magnitude e a direção da resultante. Revise triângulos oblíquos ATENÇÃO! ATENÇÃO! Revise triângulos oblíquos EQUILÍBRIO DE FORÇAS: EXEMPLO SALA pág. 71e 342, WICKERT, 2011 - Capítulo 3 43 Observemos a seguinte situação: Se tentarmos soltar um componente mecânico do tipo parafuso, fica mais fácil girá-lo se usarmos uma chave para tal com cabo longo ou curto? A magnitude de um momento depende tanto da força aplicada como do braço de alavanca que separa tal força do ponto ao redor do qual tende a ocorrer a rotação. MOMENTO DE UMA FORÇA 44 22 04/02/2026 Propostas de Análises: Método da Alavanca Perpendicular. Método Momento. das Componentes do MOMENTO DE UMA FORÇA 45 Método da Alavanca Perpendicular. A magnitude de um momento é definida pela expressão: Mo = F . d Onde Mo é o momento de uma força em relação ao ponto O e F a magnitude da força; A distância d é denominada braço de alavanca perpendicular e se estende da linha de ação da força até o ponto O; MOMENTO DE UMA FORÇA 46 23 04/02/2026 Compare expressões: Fig.(a) e Fig.(b)! MOMENTO DE UMA FORÇA 47 Método das Componentes do Momento. Baseia se no princípio de dividir a força em suas componentes retangulares; O momento de F é calculado pela soma dos momentos causados por ambas as componentes da força, em vez de considerar o valor pleno da resultante da força; Ao aplicarmos essa técnica, precisamos usar sinais convencionados e manter o registro quanto a contribuição de cada uma das componentes do momento, ou seja, se esta proporcionará rotação em sentido horário ou anti-horário ao ponto de origem (O) avaliado; MOMENTO DE UMA FORÇA 48 24 04/02/2026 Compare expressões: Fig.(a) e Fig.(b)! MOMENTO DE UMA FORÇA 49 EXEMPLO SALA: CALCULAR O MOMENTO PELOS MÉTODOS DA ALAVANCA PERPENDICULAR E DAS COMPONENTES DO MOMENTO EM RELAÇÃO AO PONTO A. 50 25 04/02/2026 1) Determine a faixa de valores de w pra os quais a tração não irá exceder a 1000N em qualquer dos cabos. Atividade 3 R.: 0 W 527N 51 2) Uma barcaça está sendo conduzida por dois rebocadores. Considerando que a força exercida pelos rebocadores proporciona uma resultante de 22.250N, ao longo do eixo central da barcaça, determine: a) A força de tração nos cabos de cada rebocador com =45º. T1=16.228N T2=11.517N ATIVIDADE 3 (CONT.) 52 26 04/02/2026 b) Qual seria o ângulo adequado de para que o rebocador ilustrado no ponto C da figura anterior, trabalhe com a mínima tração? = 60º ATIVIDADE 3 (CONT.) 53 3) ATIVIDADE 3 (CONT.) 54 27 04/02/2026 ANÁLISES DE EQUILÍBRIO COM PRINCÍPIOS ESTÁTICOS 55 UTILIZANDO QUALQUER MÉTODO AVALIE: O PONTO A ESTÁ EM EQUILÍBRIO? 56 28 04/02/2026 As forças que atuam devem estar balanceadas, isto é, ter resultante nula. 𝑵 𝑭𝒏 = 𝟎 𝑛=𝟏 Onde, 𝑵 Fxi 𝒏 = 𝟎 𝑛=𝟏 𝑵 Fyj 𝒏 = 𝟎 𝑛=𝟏 EQUILÍBRIO DE FORÇAS: RELAÇÃO A UM PONTO 57 De mesmo modo o Momento líquido também deverá ser igual a zero. 𝑵 𝑴𝒊 = 𝟎 𝒊=𝟏 EQUILÍBRIO DE MOMENTOS: RELAÇÃO A UM PONTO 58 29 04/02/2026 Equilíbrio de translação: Forças=? R - F1 - F2 Equilíbrio de rotação: Os momentos realizados pelas forças R, F1 e F2 são: MR = R . d +M1 = F1 . L1 - M2 = F2 . L2 ANALISANDO CORPO EXTENSO EM RELAÇÃO AO APOIO NO PONTO O 59 1) O quê são graus de liberdade? 2) Ilustre elementos mecânicos para 6 (seis) casos diferentes de apoios de corpos rígidos e ao lado deste exponha o Diagrama de Corpo Livre com seus respectivos números de incógnitas conforme reações em seus graus de liberdade (sistemas tridimensionais!!!). ATIVIDADE 4 (ESCRITA A MÃO) 60 30 04/02/2026 3) ATIVIDADE 4 : CAPACIDADE DE CARREGAMENTO DE UMA EMPILHADEIRA. 61 ATIVIDADE 4 : EXTRA 62 31 04/02/2026 ATIVIDADE 4 : EXTRA 63 Para tanto é necessário considerar o espaço orientado segundo um sistema de coordenadas cartesianas: x, y e z. Consideraremos para análise deste raciocínio uma força F aplicada na origem O, conforme demais detalhes da ilustração ao lado. ESTUDO DAS FORÇAS NO ESPAÇO TRIDIMENSIONAL 64 32 04/02/2026 QUAIS AS COMPONENTES ESCALARES VERTICAL E HORIZONTAL? 65 E AS COMPONENTES AO LONGO DOS EIXOS X E Z? 66 33 04/02/2026 Qual a correlação entre as componentes e a força principal? R.: Segundo o teorema de Pitágoras termos: 𝐹= 𝐹𝑥 2 + 𝐹𝑦 2 + 𝐹𝑧 2 67 CONSIDERANDO A INCLINAÇÃO QUE DEFINEM A DIREÇÃO DA FORÇA EM RELAÇÃO AOS EIXOS Os ângulos serão: 𝜃𝑥 , 𝜃𝑦 e 𝜃𝑧 Teremos os co-senos diretores da força em questão, logo: 𝐹𝑥 = 𝐹. 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑥 ; 𝐹𝑦 = 𝐹. 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑦 ; 𝐹𝑧 = 𝐹. 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑧 68 34 04/02/2026 INTRODUZINDO OS VETORES UNITÁRIOS, QUE ESTÃO DIRIGIDOS AO LONGO DOS EIXOS X, Y E Z, TEMOS: 𝐹 = 𝐹𝑥 𝑖 +𝐹𝑦 𝑗 + 𝐹𝑧 𝑘 69 O vetor obtido pelos co-senos diretores terá intensidade igual a 1; Além, da direção e sentido, que são os mesmos da força em questão. 70 35 04/02/2026 Reescrevendo temos: a força e suas componentes, Lembrando que: Os componentes do vetor unitário são iguais aos co-senos; Estes orientam a linha de ação da respectiva força; Os valores dos ângulos não são independentes; A soma dos quadrados dos componentes de um vetor é igual ao quadrado de sua intensidade. 71 𝑐𝑜𝑠 2 𝜃𝑥 +𝑐𝑜𝑠 2 𝜃𝑦 𝑐𝑜𝑠 2 𝜃𝑧 = 1 72 36 04/02/2026 R.: 𝐹 = 𝐹𝑥 𝑖 +𝐹𝑦 𝑗 + 𝐹𝑧 𝑘 Caso 2 . R.: 𝐹 = 𝐹𝑥 𝑖 +𝐹𝑦 𝑗 + 𝐹𝑧 𝑘 ATIVIDADE 5 73 RESULTANTE DE FORÇAS NO ESPAÇO 74 37 04/02/2026 Caso 1. ATIVIDADE 6 75 Caso 2. ATIVIDADE 6 76 38 04/02/2026 Imaginando um corpo rígido, sujeito a um sistema tridimensional de forças, o que será preciso para que este se mantenha em equilíbrio estático? 𝑭 = 𝟎 𝑴𝒐 = (𝑭. 𝒅) = (𝒓. 𝑭) = 𝟎 EQUILÍBRIO EM TRÊS DIMENSÕES DE CORPOS RÍGIDOS 77 Componentes i, j e k: EQUAÇÕES ESCALARES DE EQUILÍBRIO 78 39 04/02/2026 EX.: VÍNCULOS ESTRUTURAIS 79 EX.: VÍNCULOS ESTRUTURAIS 80 40 04/02/2026 EX.: VÍNCULOS ESTRUTURAIS 81 EX.: SISTEMA DE FORÇAS 82 41 04/02/2026 Quando o sistema anterior é reduzido a uma única força resultante e cada força é deslocada para um ponto O qualquer no plano x-y, cria-se um momento que tem componentes apenas nos eixos x e y. FORÇA RESULTANTE 83 As expressões anteriores equivalem a força FR para um ponto a uma distância d, de modo que gere o mesmo momento em relação a O. 84 42 04/02/2026 EXEMPLO: 85 PROCEDIMENTOS BÁSICOS PARA ANÁLISE 86 43 04/02/2026 Caso 1. Uma viga AE conforme ilustrada abaixo está sujeita a um sistema de forças coplanares: a) Determinar reações em A e E, a intensidade, a direção, o sentido e a localização nesta viga de uma força equivalente ao sistema de forças exposto, conforme eixos orientados em E; ATIVIDADE 7 87 (Cont.) b) Tente resolver agora o problema do Caso 1 tomando os momentos em relação ao ponto A. Demostre que o novo d’ (distância ao ponto de aplicação da força resultante) será igual a 0,927 m. (CONT.) ATIVIDADE 7 88 44 04/02/2026 ATIVIDADE 7 Caso 2. Uma escada de 20 Kg usada para alcançar prateleiras altas em um depósito está apoiada por duas rodas flangeadas, A e B, montadas sobre um trilho e por um roda C, sem flange, apoiada sobre um trilho fixado a parede. Um homem de 80 Kg está em pé sobre a escada e inclina-se para direita. A linha de ação do peso combinado (W) do homem e da escada intercepta o piso no ponto D. Elabore o Diagrama de Corpo Livre e em seguida determine as reações em A, B e C. 89 ATIVIDADE 7 Caso 3. Uma placa homogênea conforme mostrado na figura ao lado (a,b) tem massa de 100kg e está sujeita a uma força e momento em suas bordas. Se ela é apoiada no plano horizontal por meio de um rolete em A, uma junta esférica em B e uma corda em C, determine o Diagrama de Corpo Livre e calcule os valores das componentes das reações nos apoios. Qual o Diagrama de Corpo Livre? 90 45
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