Formulação

O ângulo \theta_1 é igual a 180º, o ângulo entre BA e CB é de 90º. \theta_2 é o ângulo entre os vetores OA e CO e representa um dado de entrada. A soma dos ângulos no ponto B é: \theta_3 + (180º – \theta_4) + 90º = 360º, então \theta_3 = 90º + \theta_4.

O polígono formado pelos vetores na Figura 1 pode ser descrito por:

(1)   \begin{equation*}  CO + OA = CB + BA \rightarrow CO + OA - CB - BA = 0 \end{equation*}

Decompondo Eq. (1), torna-se:

(2)   \begin{equation*}  L_1cos \theta_1 + L_2cos \theta_2 - L_3cos \theta_3 - L_4cos \theta_4 = 0 \end{equation*}

(3)   \begin{equation*}  L_1sin\theta_1 + L_2sin \theta_2 - L_3sin \theta_3 - L_4sin \theta_4 = 0 \end{equation*}

Substituindo \theta_1 e \theta_3, temos:

(4)   \begin{equation*}  -L_1 + L_2cos \theta_2 + L_3sin\theta_4 - L_4cos \theta_4 = 0 \end{equation*}

(5)   \begin{equation*}  L_2sin \theta_2 - L_3cos \theta_4 - L_4sin \theta_4 = 0 \end{equation*}

O valor de L_3 vem da Eq. (5) em função dos dados de entrada \theta_2, L_2 e L_4:

(6)   \begin{equation*}  L_3 = \frac{L_2sin \theta_2 - L_4sin \theta_4}{cos \theta_4} \end{equation*}

Substituindo a Eq. (6) na Eq. (4):

(7)   \begin{equation*}  -L_1 + L_2cos\theta_2 + \left(\frac{L_2sin \theta_2 - L_4sin \theta_4}{cos \theta_4}\right)sin\theta_4 - L_4cos \theta_4 = 0 \end{equation*}

Simplificando, temos:

(8)   \begin{equation*}  (L_2sin \theta_2 - L_1)cos\theta_4 + L_2cos\theta_2sin\theta_4 - L_4= 0 \end{equation*}

O ângulo \theta_4 é determinado considerando os seguintes relações trigonométricas na Eq. (8):

(9)   \begin{equation*} \nonumber cos\theta_4 = \frac{ 1 - tan^2 \left(\frac{\theta_4}{2}\right)}{1 + tan^2 \left(\frac{\theta_4}{2}\right)} \end{equation*}

(10)   \begin{equation*} \nonumber sin\theta_4 = \frac{ 2tan^2 \left(\frac{\theta_4}{2}\right)}{1 + tan^2 \left(\frac{\theta_4}{2}\right)} \end{equation*}

(11)   \begin{equation*}  (L_2sin \theta_2 - L_1)\frac{ 1 - tan^2 \left(\frac{\theta_4}{2}\right)}{1 + tan^2 \left(\frac{\theta_4}{2}\right)} + L_2cos\theta_2\frac{ 2tan^2 \left(\frac{\theta_4}{2}\right)}{1 + tan^2 \left(\frac{\theta_4}{2}\right)} - L_4= 0 \end{equation*}

Simplificando, teremos:

(12)   \begin{equation*}  (L_1 - L_2cos\theta_2 - L_4)tan^2\left(\frac{\theta_4}{2}\right) + (2L_2sin\theta_2)tan\left(\frac{\theta_4}{2}\right) +(L_2cos\theta_2 - L_1 - L_4) = 0 \end{equation*}

Os coeficientes do polinômio do segundo grau da Eq. (13) são:

A = (L_1 - L_2cos\theta_2 - L_4)

B = (2L_2sin\theta_2)

C = (L_2cos\theta_2 - L_1 - L_4) = 0

Então \theta_4 é dado por:

(13)   \begin{equation*}  \theta_4 = \pm 2tan^{-1}\left(\frac{-B \pm \sqrt{B^2 - 4AC}}{2A}\right) \end{equation*}

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