Baixe Apostila Principios de Engenharia Mecanica e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 1 1. ORGANIZANDO O TRABALHO: Para executar qualquer tarefa com sucesso, é preciso que nos organizemos antes. Organizar significa pensar antes de iniciarmos a tarefa. Mas pensar em que?  Na maneira mais simples de fazer a tarefa, evitando complicações ou controle exagerados.  No modo mais barato de fazer a tarefa.  No meio menos cansativo para quem vai realizar a tarefa.  Num procedimento que seja mais rápido.  Em obter a melhor qualidade e o resultado mais confiável.  Na maneira menos perigosa de fazer a tarefa.  Numa forma de trabalho que não prejudique o meio ambiente, ou seja, que não cause poluição do ar, da água e do solo. É fácil tratar cada um desses itens isoladamente para tomar providências. O problema surge quando desejamos tratar todos os itens juntos. Podemos, por exemplo, escolher uma forma mais rápida de realizar uma tarefa. Entretanto, esta forma pode afetar a qualidade e a segurança, tornando o trabalho perigoso. Se, por exemplo, precisamos trocar rapidamente uma lâmpada queimada sobre o computador na mesa de trabalho, podemos fazer a troca subindo na mesa mas esse procedimento não e bom, porque pode nos levar a um acidente. O correto seria usarmos uma escada. A tarefa seria mais demorada mais a segurança e a qualidade estariam asseguradas. Portanto, todos os itens devem ser pensados juntos, para que no final haja equilíbrio entre eles, de modo que um não prejudique o outro. Além disso, precisamos pensar também na quantidade e qualidade das pessoas e dos materiais necessários, na hora e no local em que eles devem estar. Antes de iniciar o trabalho, precisamos providenciar:  Equipamentos (máquinas, computador..etc).  Ferramentas adequadas e em bom estado.  Matéria-prima.  Equipamentos diversos, inclusive os de segurança.  Tempo necessário.  Pessoas qualificadas etc. Quando fazemos, com antecedência, um estudo de todos os fatores que vão interferir no trabalho e reunimos o que é necessário para a sua execução, estamos organizando, administrando o trabalho para alcançar bons resultados. Administração é um processo de planejar, organizar, dirigir e controlar a aplicação de recursos humanos, materiais, financeiros e de informações, visando à realização de objetivos. UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 2 1.1. Ferramentas: Citamos aqui alguns dispositivos de controle, que buscam dar uma visão de planejamento de trabalho ao grupo. Com o cronograma apresentamos a organização das tarefas a serem executadas, definindo o tempo previsto para a execução dos trabalhos. Com o organograma, definimos a responsabilidade de todos os elementos do grupo, mostrando a importância da participação de cada um para que se possa obter sucesso no projeto. 1.2. Organograma: Organograma é a representação gráfica da estrutura organizacional da empresa ou de um departamento ou no nosso caso de um grupo de alunos. São constituídas, essencialmente de dois tipos de elementos interligados, linhas e retângulos  Linhas: representando o fluxo de autoridade na organização.  Retângulos: contém os nomes ou títulos dos cargos entre os quais flui a autoridade. O organograma, por seu caráter visual permite que se esclareçam em linhas gerais e simplificadas, as relações entre cargos, e serve como um mapa da organização/grupo de alunos. Nas aulas que se utilizarem grupos para realizar uma determinada tarefa deve se utilizar desta ferramenta. Portanto, todos os alunos dos grupos deverão ter suas atividades definidas e serão responsáveis perante o professor pelo sucesso desta tarefa. Cada aluno deverá contar com a ajuda dos demais alunos do grupo para a execução da atividade, ficando sob sua responsabilidade o encaminhamento das atividades. O organograma poderá ser feito conforme o modelo: PRESIDÊNCIA DIRETOR INDUSTRIAL DIRETOR COMERCIAL DIRETOR FINANCEIRO DIRETOR ADMINISTRATIVO UTILIDADES ENGENHARIA MANUTENÇÃO PRODUÇÃO DISTRIBUIÇÃO ASSISTÊNCIA TÉCNICA PROMOÇÃO VENDAS CONTAS A PAGAR CUSTOS CONTABILIDADE ORÇAMENTO E CONTROLE ALMOXARIFADO SERVIÇOS GERAIS COMPRAS PESSOAL Figura 1.1- Exemplo de uma estrutura administrativa de uma empresa através do Organograma UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 5 2. A ANÁLISE DE UM PROBLEMA: 2.1. Introdução: No cotidiano das atividades de engenharia, os engenheiros e os projetistas são colocados diante de problemas técnicos, alguns mais simples e outros mais complexos, tendo que resolve-los de forma satisfatória. Para isso utilizam-se de fórmulas, tabelas, que aprendem nos cursos de engenharia. Por exemplo, o desenvolvimento dos cálculos de uma estrutura, o sucesso dessa tarefa não está apenas condicionado ao conhecimento de um aparato matemático muitas vezes complicado, mas à capacidade que o engenheiro apresenta de entender a natureza física do fenômeno que se propõe a resolver. A identificação dos pontos relevantes do problema em estudo permite formular hipóteses sobre o comportamento do sistema estrutural a ser analisado, que constituirão a base para um bom desenvolvimento do projeto em curso. Enfim ao iniciar um processo de cálculo da estrutura objeto de análise, o engenheiro deve formular um Esquema de Cálculo, em que a Estrutura e idealizada de sorte que se possa analisá-la. A figura 1.4 representa de forma esquemática os passos principais envolvidos na Análise de um Sistema Estrutural. Por um exemplo de flexão de vigas, pretende-se demonstrar os passos da abordagem do problema (este e apenas um exemplo utilizaram-se de conceitos de Resistência dos Materiais, para ilustrar a estratégia de Análise. Esta mesma linha pode ser utilizada nos demais problemas do universo da Engenharia). UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 6           2 0Momentos :Momentos de Equilibrio 0 0F0Forças :Forças de Equilibrio 1 21 y L LqLR LqRR  323 21 2 24 :tosDeslocamen 2 : vigada longo ao Cortante Força 22 :InternoFletor Momento 2 ; 2 :Reações xxLL IE xq xq Lq Q x xqx Lq M Lq R Lq R x x x                          PROBLEMA REAL Estrutura a ser analisada EQUAÇÕES DE EQUILÍBRIO APLICÁVEIS AO MODELO Relações Matemáticas conhecidas do Estudo de Mecânica que traduzem um dado comportamento físico SOLUÇÕES DOS PROBLEMAS DE ANÁLISE ESTRUTURAL EM ENGENHARIA SOLUÇÕES DAS EQUAÇÕES DE EQUILÍBRIO Manipulação matemática das Equações para determinação das incógnitas e estudo de Resistência interna da estrutura – deslocamentos, deformações e tensões. INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS Analise dos Resultados em função das expectativas do Modelo Proposto e Verificação da Coerência do Modelo com o Problema Real MODELO PARA ANÁLISE Representação de Estrutura de sorte que se possa analisa-la Figura 2.1- Demonstração dos passos para Análise de uma estrutura A viga foi idealizada como biapoiada, pois os vínculos permitem rotação nas extremidades; caso contrário, teríamos viga biengastada. UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 7 2.1. Idealização de Sistemas As características da mente humana são tais que ela não consegue compreender o comportamento dos sistemas a sua volta e os fenômenos em uma só operação. É próprio da mente humana querer subdividir os sistemas em seus componentes individuais, ou em seus elementos. Assim, surge a idéia de que, a partir do entendimento do comportamento de cada elemento, é possível entender o comportamento do conjunto, por mais complexo que possa parecer, ou seja, compreender o todo entendida as partes. Para um engenheiro, um técnico em geral um cientista este é um caminho natural para a abordagem dos problemas. Esse raciocínio tem implicações também nos métodos matemáticos utilizados para a descrição do comportamento dos sistemas. Surge então, naturalmente, uma questão fundamental. Como identificar os elementos do sistema. Observação: A Teoria da Flexão de uma Viga Apoiada sobre Base Elástica foi desenvolvida por E. Winkler (Praga-1867), não e intenção aqui demonstrar como determinar o deslocamento vertical em função de valores predeterminados na direção longitudinal. A figura 2.3 serve para mostrar como foi dada uma solução de idealização de sistema definindo um Modelo, (À medida que o veículo se movimenta sobre a estrutura, os apoios flutuantes sofrem afundamento, e quanto maior esse afundamento, maior a força de empuxo decorrente da água deslocada pelo bote). Portanto em termos de comportamento global da plataforma os botes comportam-se como apoios elásticos, isto é, como “molas” que servem de apoio para a estrutura da ponte. Figura 2.2- Plataforma apoiada sobre flutuantes que trabalham como apoios elásticos. Figura 2.3- Modelo pra análise preliminar da ponte flutuante. UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 10 3.3. Grandezas escalares e vetoriais. Todas as grandezas são mesuráveis. Se dissermos que um corpo tem uma massa de 5 kg, ou que está uma temperatura de 20 °C essas duas quantidades determinam perfeitamente duas grandezas: massa e temperatura. Mas se perguntarmos como um corpo se deslocará se nele aplicarmos uma força de 25 Newton (25 N), não obteremos resposta antes de sabermos em que direção e sentido está força foi aplicada. Assim, foi necessário encontrar novos critérios para classificar as grandezas. GRANDEZAS DE BASE UNIDADES DE BASE Nome Símbolo Nome Símbolo Comprimento l metro m Massa m Quilograma kg Tempo t Segundo s Temperatura (absoluta) T Kelvin K Quantidade de matéria n Mol mol Corrente elétrica I Ampère A Intensidade luminosa Iv Candela cd SISTEMAS DE UNIDADES Grandeza Unidade CGS SI MK*S Comprimento l cm m m Tempo t s s s Velocidade v cm/s m/s m/s Aceleração a cm/s 2 m/s 2 m/s 2 Massa m g kg UTM Força F dina newton quiloponde Trabalho e energia W, E erg joule quilopondemetro Potência P erg/s watt kpm/s Pressão p pascal Carga Q coulomb Intensidade I ampère Voltagem V volt Resistência R ohm Tabela 3.1- As sete unidades fundamentas do SI. Tabela 3.2- Exemplos de outros Sistemas de Unidades alem do SI. UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 11 4. FORÇA: A noção de força é adquirida na prática. A primeira noção de força e adquirida pelo esforço muscular. Quanto maior o esforço muscular tanto maior a força é empregada.  Para levantar um livro realiza-se um esforço pequeno.  A elevação de uma cadeira é um esforço um pouco maior.  Para suspender uma mesa faz um esforço relativamente grande. Uma criança, pedalando numa bicicleta, realiza um esforço muscular e a força empregada pro- voca um movimento da bicicleta. Uma pessoa adulta, segurando a bicicleta, pode reduzir seu movi- mento e até para-la. Isto acontece porque a força empregada pela pessoa adulta é maior do que a força que a criança faz para pedalar a bicicleta.. Compreende-se, assim, facilmente, que uma força pode produzir um movimento e uma outra força pode reduzir e até impedir esse movimento. As forças são capazes de produzir e modificar mo- vimentos. Uma força pode estar produzindo movimento ou ser capaz de produzi-lo. Uma criança que pedala uma bicicleta está produzindo movimento. Uma outra, sentada simplesmente na bicicleta, porém com pedal encostado no meio-fio, é capaz de produzir um movimento. Quando a força está produzindo movimento, diz-se que possui energia cinética. A força que é capaz de produzir um movimento possui energia potencial (armazenada). A água acumulada numa represa é capaz de produzir um movimento porque tem energia potencial. A água de uma cachoeira está em movimento; tem energia cinética. Um avião com motor em funcionamento, mas estacionado na pista, possui energia potencial. O avião em vôo é dotado de energia cinética. Um automóvel com o motor funcionando, parado na estrada, tem energia potencial; o automóvel, quando está correndo tem energia cinética.  Energia cinética: É a que está produzindo movimento.  Energia potencial: É a que é capaz de produzir um movimento. Força, qualquer ação capaz de produzir deformação, ou ainda produzir ou modificar movimentos (ou seja, de alterar o estado de inércia de um corpo). UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 12 4.1. ELEMENTOS DE UMA FORÇA E SUA REPRESENTAÇÃO: 4.1.1. Ponto de Aplicação: As forças têm características próprias - quando se dá um chute numa bola, o pé não toca em toda a superfície da bola, ele bate somente numa pequena parte dela. O pontapé que se dá na bola é uma força e o lugar da bola sobre o qual ela atua é chamado ponto de aplicação da força. Uma força age sobre o corpo, sempre, através do ponto de aplicação.  O ponto de aplicação de uma força: É o ponto do corpo sobre o qual a força atua Quando se empurra o carrinho de uma criança, o lugar onde se coloca a mão é o ponto de aplicação. 4.1.2. Direção: Atirando-se uma moeda para o alto, ela segue uma linha retilínea, mais ou menos inclinada, que depende do modo pelo qual é a mesma jogada. Durante a queda na volta, a moeda desse num trajeto reto, que corresponde a uma linha vertical. Quando uma única força atua sobre um corpo, ele segue uma linha retilínea. A reta seguida pela força é chamada direção da força. Quando se anda de bicicleta, mantendo-se o guidão voltado para frente, a direção se mantém sempre a mesma. Virando-se um pouco o guidão, para um lado ou para o outro, a direção se modifica.  Direção da força: É a reta segundo o qual ela atua. 4.1.3. Sentido: Numa rua reta, quando nela se anda de bicicleta mantendo o guidão voltado para frente à direção se mantém sempre a mesma. Neste caso, a direção é o traçado da própria rua. Pode-se, entretanto, considerar um trajeto de ida e outro trajeto de volta. Numa mesma direção, existem dois trajetos: ida e volta. Cada trajeto representa um sentido da força. Em toda a direção de uma força, distingue-se dois sentidos (o de ida e o de volta). A direção é a reta; o sentido é a orientação na reta da direção. Um avião, voando em linha reta na rota Rio - São Paulo – Rio, descreve uma única direção, que corresponde à linha que liga as duas cidades. Nesta direção, porém, ele toma dois sentidos: um, Rio – São Paulo; outro, São Paulo – Rio.  O sentido de uma força: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 15 A linha descrita por um corpo em movimento recebe o nome de trajetória. Trajetória - é a linha descrita por um corpo em movimento. A trajetória permite classificar os movimentos em dois grupos:  Os de trajetória retilínea: movimentos retilíneos (exemplo: queda da bola de papel);  os de trajetória curvilínea: movimentos curvilíneos (exemplo: o movimento da bola presa no barbante). 5.1. Velocidade e Aceleração: Durante o movimento o corpo percorre o espaço em um certo tempo.  Velocidade - é o espaço percorrido por um corpo em movimento na unidade de tempo. A movimentos durante os quais a velocidade varia com o tempo.  Movimento uniforme - é aquele no qual a velocidade não varia; ela é constante.  Movimento variado - é aquele em que a velocidade não é constante; ela varia com o tempo. A variação da velocidade é chamada aceleração:  Aceleração é o valor de que a velocidade aumenta ou diminui na onda de tempo. A aceleração pode ser o resultado de um aumento da velocidade, como, também, pode repre- sentar uma diminuição da velocidade. O movimento depende do atrito.  Atrito - é uma força que se opõe ao movimento. Apesar de o atrito dificultar o movimento, este não pode existir sem o atrito. Quando o corpo é posto em movimento e não existe atrito sobre a superfície, ele não sai do lugar. É o que acontece por exemplo, quando um automóvel fica atolado numa estrada de barro; as rodas deslizam, sem que o au- tomóvel saia do lugar. UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 16 6. TRABALHO E POTÊNCIA: No sentido material, trabalho é o deslocamento de uma carga. Uma carga é representada por um corpo. Para se deslocar um corpo (ou uma carga) é preciso aplicar sobre ele uma força, que o levará a maior ou menor distância, conforme a intensidade (ou gran- deza) da mesma. Na definição de trabalho, no sentido material, levam se em conta dois fatores:  A intensidade (ou grandeza) da força que atua sobre o corpo;  à distância a que o foi levado pela força.  Trabalho - é a grandeza da força que atua sobre o corpo multiplicada pela distância per- corrida pelo corpo. O trabalho pode ser medido. - utilizando-se a definição anterior, pode se representar o trabalho por meio de uma forma: Trabalho = grandeza da força X distância percorrida pelo corpo. sFW  POTÊNCIA - é o trabalho na unidade de tempo. Figura 6.1- A força aplicada multiplicada pela distância percorrida chamamos de trabalho. Nesta mesma situação se cronometramos o tempo, podemos obter a Potência. UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA Faculdade de Engenharia Industrial Mecânica Princípios de Engenharia Mecânica UNISANTA 17 ANEXOS: O alfabeto grego Nome Grego Símbolo Grego Minúscula Maiúscula Alfa   Beta   Gama   Delta   Epsílon   Dzeta   Eta   Teta   Iota   capa   Lambda   Mi   Ni   Csi   Ômicron   Pi   Rô   Sigma   Tau   Ípsilon   Fi   Qui   Psi   Ômega  