Centro de massa e momento de inércia

Matemática Ensino Superior
Considere uma lâmina que ocupa a região D limitada pela parábola x=1-y2 e os eixos coordenados no primeiro quadrante com função densidade p(x,y)=y. 1. Encontre a massa da lâmina. 2. Encontre o centro de massa. 3. Encontre os momentos de inércia ao redor dos eixos x e y.
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Beatrhiz perguntou há 5 anos

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Professor José S.
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Respondeu há 5 anos
Bom dia, Beatrhiz! Para resolver este problema, precisamos realizar algumas integrais duplas sobre a região D, que convém descrevermos pelos seus limites em x e y da seguinte forma: D = {(x,y) tais que 0<=x<=1-y² e 0<=y<=1} *Os limites são estabelecidos pela parábola dada e pelos eixos x e y; por estar no primeiro quadrante, ambas as coordenadas são não negativas; o valor de x é limitado superiormente pela parábola, e o de y atinge seu valor máximo quando x = 0 (e então y>=0 implica y=1, seu valor máximo). 1. Para encontrar a massa da lâmina, devemos integrar a função densidade p(x,y)=y na região D. Utilizando os limites acima descritos, integramos primeiro em x e depois em y, obtendo então o valor de 1/4 para a massa. 2. Para determinar o centro de massa da lâmina, precisamos descobrir as coordenadas (x_cm, y_cm). Temos o seguinte: - A integral da função x*p(x,y) = x*y na região D é igual a x_cm * massa; - A integral da função y*p(x,y) = y² na região D é igual a y_cm * massa; Como já temos a massa, basta calcular essas duas novas integrais nos mesmos limites de antes. A integral de x*y em D resulta em 1/12; dividindo pela massa, 1/4, obtemos que x_cm = 1/3; A integral de y² em D resulta em 2/15; dividindo pela massa, obtemos que y_cm = 8/15; Portanto, o centro de massa da lâmina é: (1/3 , 8/15). 3. Por fim, temos as seguintes integrais para determinar os momentos de inércia em relação a cada eixo: - momento de inércia em relação ao eixo x: integral dupla de y² * p(x,y) = y³ na região D, que resulta em 1/12; - momento de inércia em relação ao eixo y: integral dupla de x² * p(x,y) = x² * y na região D, que resulta em 16/105. Note que todas as integrais desse exercício são realizadas nos mesmos limites, estabelecidos pela região D, e como eu deixei o limite de x em função de y, sempre integrei primeiro em x e depois em y.

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