Movimento rotacional

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OBJETIVO (S)

        Tem-se como objetivo no experimento que será descrito, medir o movimento rotacional da estrutura montada. Com isso, analisar grandezas rotacionais como, momento de inércia, torque e energia. Para que se possa fazer medidas primárias de massa, comprimento e período e então depois efetuar os cálculos secundários de velocidade angular, momento de inércia, aceleração angular e energia rotacional. E a partir disso, construir gráficos de grandezas rotacionais. Desta forma, ao final deve-se determinar a conversão de translação em rotação através da conservação de energia.

RESUMO

O experimento consistiu, em primasia, na medição do movimento rotacional presente na estrutura montada a partir do disco. Desta forma, pôde-se analisar e efetuar calculos das grandezas rotacionais; momento de inércia, torque e energia cinética potencial e cinética. Com as medidas primárias, obteve-se as medidas secundárias através de calculos para encontrar valores para velocidade angular, aceleração angular e energia rotacional, esta última usando-se de momento de inercia para a composição de sua equação. E por fim, foi determinado a conversão do tipo de movimento rotacional, combinando-se o movimento de um corpo rígido de translação e o de rotação, obteve-se a trasnferência de energia do movimento de translação para o movimento de rotação do porta-massas.

INTRODUÇÃO

Em física, para a melhor compreenssão de conceitos aparentemente abstratos, é necessário o uso da prática para o ensinamento teórico. Pois, vê-se que existem tópicos conceituais completamente difíceis de serem entendidos apenas com a leitura. Como por exemplo o conteúdo de Movimento Rotacional, um conceito que confunde facilmente se não se considerar corretamente o ponto de referência do tipo de movimento e do corpo rígido.

No estudo da cinemática pura de movimentos apoiado a segunda lei de Newton, vê-se em até duas dimensões o deslocamento de corpos , mais a frente usando-se de trabalho e energia pode-se calcular toda força usada no sistema com a presença de tração ou não, e por fim o movimento circular. Combinando todos esses conceitos e com alguns diferenciais como por exemplo o uso tridimensional nas figuras analisadas, como a esfera. Tem-se o movimento rotacional, que é a definição de um sistema composto de muitas partículas fixas com distâncias fixas ao corpo rígido presente no sistema, na presença de um momento de força.

Há dois tipos de movimento em um corpo rígido. O movimento de rotação e o movimento de translação. O primeiro é definido como a rotação em torno de um eixo, fazendo um pequena comparação ao movimento de rotação da Terra que é definido pela volta ao redor do seu centro determinando os dias. Já o movimento de translação é a movimentação do objeto vertival ou horizontal na mudança de  posicionamento.

Sabendo-se que em um corpo rígido, aquele objeto rotativo  em que o movimento rotacional se apoia para que ocorra a transferência de movimentos de translação para o de rotação, terá a presença de um momento angular devido sua natureza circular e tridimensional. Também haverá Momento de Inércia, definido como as três direções perpendiculares as quais o Momento Angular é paralelo ao eixo de rotação. Assim pode-se ser representado o Momento de Inércia na equação abaixo:

I=mR²

A Energia Rotacional aplicada a um sistema  de movimento rotacional também pode ser compreendida como a energia cinética translacional e a energia cinética rotacional do sistema. Mas como em um corpo rígido o centro de massa é fixo ao corpo, nele apenas um movimento pode ser executado, o movimento de rotação.

                

MATERIAIS

Para o procedimento experimental foi utilizados os seguintes materiais:

1 Disco metálico, com uma estrutura de apoio e eixo cilindrico ;

Balança Phyne;

Computador com os softweres “Cidepe LabV1” e” SciDAVis” instalados;

Trena Tramontina de 5m;

Paquímetro Digimess de 150mm;

Micrometro simples que mede de 0,01-0,25mm;

Sensor  foto elétrico com suporte ;

Interface Lab 100 EQ01F (Cidepe);

Roldana para minimizar o atrito do fio;

Porta - massas + massa de prova pesando 26,5g ;

MÉTODOS

RESULTADOS OBTIDOS

        Após tarar-se a balança calculou-se a massa do disco (MD), a massa do eixo (ME) e a massa do porta - massas + massa de prova (m), os resultados obtidos foram os seguintes:

MD = 163,01 g

ME = 13,5 g

m = 26,4 g

        Mediu-se o diâmetro do disco (D), encontrou-se o seguinte resultado:

        D = 20,50 cm + - 2mm

        D= 205 mm +- 2mm

        

        Com o paquímetro mediu-se os diâmetros externo (de) e interno (di) e a altura (a) do cilindro que faz parte do disco (embaixo), encontrou-se os seguintes resultados:

        de = 15 mm                

        di = 5,2 mm

        a = 13,8 mm

        Ainda com o paquímetro mediu-se os comprimentos dos 4 seguimentos (L1,L2,L3,L4) do eixo de rotação, encontrou-se os seguintes resultados:

L1 = 8,0 mm

L2 = 39 mm

L3 = 60,4 mm

L4 = 24,6 mm

Com o micrômetro mediu-se a espessura do disco (eD) e dos 4 segmentos do eixo de rotação (e1,e2,e3,e4),observou-se os seguintes resultados: