Relatório Física Geral e Experimental II

Relatório Física Geral e Experimental II

Momento de Inércia

Pendulo de Maxwell

Augusto Paes Villas Bôas

Paulo Ramos Pereira

Pedro H. M. Esmério

Rafael Silveira Silva

Santa Bárbara d’Oeste

Novembro de 2017

Resumo

Existe uma grandeza física associada a inércia de rotação. Ela é denominada MOMENTO DE INÉRCIA.

Assim como um corpo massivo apresenta sua tendência de permanecer em seu estado inicial de movimento com uma velocidade constante, também existe uma resistência à mudança no movimento rotacional, essa resistência à mudança em sua velocidade angular é conhecida como momento de inércia.

O objetivo desse experimento foi verificar a prática das teorias aplicadas em sala, e este relatório apresentam os procedimentos laboratoriais para tal aplicação.

Sumário

1. Introdução 4

2. Fundamentação Teórica 5-6

3. Arranjo e Procedimento Experimental 7-8

4. Materiais utilizados 9

5. Dados obtidos 10-13

6. Considerações Finais 14

7. Bibliografia 15

Introdução

Na mecânica clássica, o momento de inércia de um corpo é definido como a resistência que esse corpo opõe ao seu movimento de rotação em relação a um eixo fixo. O conceito de momento de inércia foi inicialmente apresentado por Leonhard Euler em 1765, em seu livro “Theoria motus corporum solidorum seu rigidorum”.

O momento de inércia não trata apenas de quanto há de massa num corpo, mas também trata da distância de cada pequeno “pedaço” de massa até o eixo de rotação. Sendo assim, tem-se que quanto mais distante a massa estiver do eixo de rotação, maior será o momento de inércia. Como exemplo, imagine uma patinadora no gelo girando em torno de si mesma com os braços esticados na horizontal. Ao encolher os braços sobre o seu peito, a sua velocidade angular aumenta consideravelmente. Observe a imagem abaixo representando as duas situações descritas para a bailarina. As setas vermelhas indicam a intensidade da velocidade angular.

Fundamentação Teórica

Nesta parte do relatório desenvolve-se a teoria necessária à obtenção e compreensão dos resultados obtidos nos experimentos realizados. Primeiramente é feita uma abordagem sobre o movimento de rotação de um corpo, mostrando a energia envolvida nesse movimento. Por fim, descreve-se propriamente o que vem a ser momento de inércia e a sua obtenção.

Momento de Inércia é um nome dado a inércia rotacional, ou seja, a uma rotação análoga a massa para um movimento linear. Esta grandeza aparece numa dinâmica para corpos em movimento rotacional, que deve ser especificado com respeito aos eixos de rotação. Para um centro de massa, o momento de inércia é apenas a massa elevada ao quadrado de uma distância perpendicular ao eixo de rotação, I = M.R². Esta relação com o centro de massa é a base para todos outros momentos de inércia.

O movimento de rotação de um objeto (inicialmente em repouso) em torno de um determinado eixo ocorre quando uma força é aplicada num ponto do objeto, de tal forma que o momento da força em relação ao eixo de rotação é não nulo. Se uma força F for aplicada num ponto P de um corpo, o momento dessa força calculado relativamente a um ponto O é dado pelo produto vetorial.

A seguir estão relacionados alguns momentos de inércia, referentes a diversas espécies de sólidos.

Arranjo

Para a realização do experimento foi utilizado um sistema, para avaliar e permitir a medição das variáveis envolvidas no processo e também vista na fundamentação teórica.

Dessa forma monta-se o arranjo onde se prende uma polia de Massa (M) e Raio (R) com seu eixo de rotação preso a bancada.

Enrola-se um fio considerado ideal sob a polia, e em sua ponta se prende uma haste (S), para colocar os pesos (P) a uma altura (h), como elucidados na imagem a seguir (Figura1).

 

Procedimento Experimental

A realização do procedimento experimental consiste em colocar um peso, de massa (m) na haste, colocado em repouso a certa altura (h) (vide Figura1), e solta-lo até chegar ao chão. Marcando com um cronometro tempo (t) em que o peso percorre a altura especificada. Se posto em passos a serem seguido teremos:

1º Passo: Após montado o arranjo, determinar a quantidade de pesos a serem utilizados no experimento. Para o caso em questão serão sete pesos.

2º Passo: Enrolar o fio envolto da polia até que a haste (S) fique em uma altura(h) que servirá como padrão para as outras medições. Medir a altura utilizando uma trena.

3º Passo: Realizar a medição do tempo de cada peso, começando pela haste (S).

4º Passo: Realizar três medições de tempo para que se possa ter uma boa média dos tempos obtidos.

5º Passo: Realizar a medição de três tempos