A conservação do momento angular estabelece uma identidade entre duas situações que ocorrem em um sistema quando este se apresenta livre de torques externos. Desse modo, conhecendo algumas propriedades iniciais do sistema, é possível determinar algumas outras ao final de algum processo interno sofrido pelo sistema.
Suponha que um anel delgado de massa 1kg e diâmetro 2m esteja rotacionando ao redor do ponto O com velocidade angular de 1rad/s constante. Se duas partículas de 1kg cada são acopladas lentamente e ao mesmo tempo em posições diametralmente opostas no anel, qual será a nova velocidade de rotação do anel após o acoplamento das massas pontuais?
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Para resolver esse problema, podemos utilizar a conservação do momento angular. Antes do acoplamento das partículas, o momento angular do sistema é dado por: L = I * w Onde I é o momento de inércia do anel e w é a velocidade angular do anel. Como o anel é um objeto circular delgado, podemos calcular o momento de inércia utilizando a fórmula: I = (1/2) * m * r^2 Onde m é a massa do anel e r é o raio do anel (metade do diâmetro). Substituindo os valores, temos: I = (1/2) * 1 * (1^2) = 1/2 Portanto, o momento angular antes do acoplamento é: L1 = (1/2) * 1 * 1 = 1/2 Após o acoplamento das partículas, o momento de inércia do sistema aumenta, pois agora temos mais massa afastada do eixo de rotação. Podemos calcular o novo momento de inércia utilizando a fórmula: I' = I + 2 * m * (r/2)^2 Onde m é a massa das partículas e r é o raio do anel. Substituindo os valores, temos: I' = (1/2) + 2 * 1 * (1/2)^2 = 3/4 Como o momento angular deve ser conservado, temos: L1 = L2 Onde L2 é o momento angular após o acoplamento. Substituindo os valores, temos: (1/2) * 1 = L2 * w2 Onde w2 é a nova velocidade angular do anel. Isolando w2, temos: w2 = (1/2) / L2 Podemos calcular L2 utilizando o novo momento de inércia I' e a velocidade angular w1 antes do acoplamento: L2 = I' * w1 = (3/4) * 1 = 3/4 Substituindo na equação de w2, temos: w2 = (1/2) / (3/4) = 2/3 Portanto, a nova velocidade angular do anel após o acoplamento das partículas é 2/3 rad/s. A alternativa correta é a letra C).
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