Experimento 2 - Cadeira Giratória

EXPERIMENTO 2 - LABAP: DINÂMICA DA ROTAÇÃO, TORQUE E CONSERVAÇÃO DO MOMENTO ANGULAR TORQUE / FÍSICA I.

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CONCEITOS RELEVANTES: CADEIRA GIRATÓRIA.

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(A) CENTRO DE MASSA.

O centro de massa de um corpo é o ponto onde toda a massa do corpo está concentrada nele. Em geral este centro coincide com o centro geométrico ou de simetria do corpo quando sua densidade é homogênea e constante. Em problemas (MECÂNICA NEWTONIANA, por exemplo) de muitos corpos ou de um único corpo macroscópico, podemos definir um único ponto (centro de massa) deste objeto onde faremos o estudo dinâmico completo (rotação e translação).

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(B) TORQUE OU MOMENTO DE UMA FORÇA.

Na dinâmica de translações de corpos a grandeza física conservada (constante) é o momento linear ou quantidade de momento. A variação desta quantidade física no tempo dá origem a força resultante (2° LEI DE NEWTON) no objeto (corpo) em estudo. Por outro lado na dinâmica de rotações a grandeza física que é constante é denominada de momento angular. A variação no tempo desta quantidade origina o torque resultante ("força" que causa giro) nesse corpo. O torque depende da força aplicada, distância em relação ao ponto de apoio na qual está força será aplicada e o ângulo de inclinação entre a força e a distância (multiplicação vetorial - produto vetorial).

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Assim como a massa de um corpo representa sua inércia a variação de velocidade linear durante uma translação de um ponto a outro, por outro lado o momento de inércia representa a inércia de um corpo devido a variação de velocidade angular (giro) durante uma rotação. Essa quantidade depende de como a massa do corpo está distribuída em relação ao eixo de giro.

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(D) CONSERVAÇÃO DO MOMENTO ANGULAR.

Uma das simetrias conhecidas na natureza é que o espaço é isotrópico, e devido a esta simetria o momento angular se conserva, ou seja, permanece constante, invariável. A variação temporal desta quantidade origina o torque. Este torque é o produto entre o momento de inércia de um corpo e sua velocidade angular.

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EXPLICAÇÃO DA EXPERIÊNCIA:

(i) A força predominante que atua na roda é a gravitacional e as duas forças normais nas mãos da pessoa que segura a roda. A gravitacional está atuando no centro de massa da roda que está localizada no centro da mesma (centro de massa);

(ii) Esta configuração antes da variação angular da roda gera momento angular nulo (na vertical e horizontal deste sistema), devido às forças acima citadas e a rotação da roda na posição inicial (eixo da roda na posição horizontal);

(iii) A variação do ângulo em relação a posição inicial do item anterior gera um momento angular resultante não-nulo na vertical, neste momento por conservação de todo o sistema (roda, pessoa que está segurando e mais a cadeira) o momento angular deve permanecer inalterado, assim a cadeira irá iniciar um movimento contrário ao da roda na posição horizontal (se a roda gira no sentido horário a cadeira giratória irá executar um movimento anti-horário). Na posição horizontal da roda temos o momento angular máximo.

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Direitos autorais do vídeo e explicação: Prof. João Paulo (vice coordenador do LABAP) - Física.