Por que e como se definem os esforços seccionais? Quais são e o que expressam esses esforços? Quais são as correspondentes unidades no SI? Como interpretar qualitativamente os diagramas desses esforços?
Passo 1
Ao analisar uma barra, podemos ter descontinuidades nela, como a aplicação de uma força ou de um momento concentrado, por exemplo. Podemos separar a barra em diversas seções transversais. Assim, os esforços seccionais são justamente os esforços internos que atuam nessas seções transversais.
Passo 2
Existem os seguintes tipos de esforços seccionais:
- Esforço ou força normal : é a força que atua de forma perpendicular à seção transversal. Mede o quanto cada seção transversal se aproxima ou se afasta da seção transversal vizinha;
- Esforço ou força cortante : é a força que atua paralelamente a seção. Aponta para baixo no lado direito da seção e para cima no lado esquerdo. Logo, sua ação tende a girar a seção no sentido horário;
- Esforço ou momento fletor : sua ação tende a encurtar a parte de cima da seção e alongar a parte de baixo dela ou o contrário, provocando a flexão da barra;
- Esforço ou momento tensor : sua ação tende a girar a seção no sentido horário no lado direito e no sentido anti-horário no lado esquerdo em relação ao eixo geométrico da barra.
Passo 3
A força normal e a força cortante, por se tratarem de forças, são descritas em unidades de newtons . Já o momento fletor e o momento tensor são momentos, logo são descritos nas unidades .
Passo 4
Como o esforço cortante atua na mesma direção das cargas, atuando sobre a seção transversal, a taxa de variação desse esforço numa seção transversal de espessura é igual a força distribuída atuando diretamente sobre essa seção (equivalente a atuando no centro da seção). No lado esquerdo da seção, temos apontando para cima e do lado direito temos apontando para baixo. Assim, pela condição de equilíbrio na seção transversal, temos
Pela equação dos momentos, podemos estabelecer uma relação para o momento fletor (considerando que temos no sentido horário a esquerda da seção transversal e no sentido anti-horário a direita):
Se considerarmos que , então temos que a derivada (ou seja, a reta tangente do diagrama)do esforço cortante é igual a , enquanto a derivada do momento fletor (reta tangente do diagrama do momento fletor) é igual ao esforço cortante:
Assim, podemos avaliar, qualitativamente, a ação de forças externas por meio dos diagramas dos esforços seccionais.
Resposta
Ver a discussão acima.