Experiência A2 - Momento de Inércia

Experiência A2
Momento de Inércia e Dinâmica de Rotação
1- Objetivos:
1- Calcular o momento de inercia I de um aro de bicicleta;

2- Verificar a extensão da Segunda Lei de Newton para a Rotação através do movimento do aro em torno de um eixo fixo, ⃗ = 𝐼𝛼 .
𝜏
⃗
1. Equipamentos:
Aro de bicicleta ligado a um eixo vertical sobre suporte específico, objeto de massa m ligado ao eixo por um barbante, régua graduada com cursor e cronômetro.
2. Método:
Utilizando um aro de bicicleta, suspenso por barbantes ligados a um eixo central girante (cilindro de raio r), e um objeto de peso P sustentado por um barbante, que passa por uma polia, e é preso ao eixo central no qual pode ser enrolado, conforme
Figura 1 abaixo, estão indicadas as medidas necessárias para os cálculos do momento de inércia do aro. y0= altura mínima (barbante todo desenrolado); y1= altura do ponto mais alto (barbante enrolado); y2= altura máxima do ponto de retorno;

O torque resultante será obtido a partir de:

Figura 1

h1 = (y1-y0) distância percorrida pelo objeto ao descer; h2 = (y2-y0) distância percorrida pelo objeto ao subir; r = raio do pequeno cilindro vertical; m = massa do objeto P (vide Fig. 1); α = aceleração angular do aro durante a descida do objeto de peso P; g = aceleração da gravidade

Neste sistema, quando o barbante é enrolado no eixo central e o objeto P, ligado ao eixo pelo barbante, é abandonado para fazer o movimento de descida, o aro inicia o movimento de giro com velocidade angular crescente, em módulo. O torque
𝝉
resultante sobre o aro tem uma contribuição dada pelo torque da tensão (⃗⃗T) no
𝝉
barbante e outra dada pelo torque de atrito ( ⃗⃗atr.). Este e produzido pelo atrito que atua no eixo do pequeno cilindro.
É importante notar que o torque de atrito tem sentido oposto a rotação do aro em qualquer instante.
Assim o torque resultante τ será dado por:

𝜏 = 𝑟𝑚𝑔 (

2ℎ2

ℎ1 +ℎ2

−

𝑟𝛼
𝑔

)

(1)

É importante