Estudo experimental do momento de inércia de um cone

Abstract

Neste trabalho, mostra-se um caminho diferente para se estudar o momento de inércia de um corpo em rotação. Descreve-se um experimento que permite estabelecer como a inércia de um cone depende de sua massa e geometria. A partir de medidas de freqüência ou corrente elétrica, determinam-se parâmetros como os expoentes e a constante da convencional equação do momento de inércia de um cone. Para isso escolhem-se três cones de massas diferentes, tendo dois deles 10,0 cm e o outro 6,0 cm de diâmetros. Os resultados obtidos mostraram que o sistema e o procedimento de medida utilizado podem ser uma alternativa prática nos laboratórios de ensino. Palavras-chave: inércia, momento de inércia, cone.In this work, it is shown a different way to study the moment of inertia of a body. It is proposed an experiment that allows establishing how the inertia of a cone depends on its mass and geometry. The parameters are determined as follows: the exponents and the constant of the conventional equation of the cone's moment of inertia, starting from measurements of frequency or current. Three cones of distinct masses are used, two of them 10,0 cm of diameter, while the other ones 6,0 cm diameter. The obtained results show that the system and the procedure used can be an alternative in the teaching laboratories. Keywords: inertia, moment of inertia, cone. IntroduçãoO estudo experimental da dinâmica de rotação dos corposé ensinado nos cursos voltados para as ciências exatas. Em geral os experimentos que são realizados envolvem a medida da inércia de rotação de discos, anéis e partículas. Todos eles incluem a medida de tempo. Para determinar o momento de inércia de um disco, Pintão et al. [1] adotaram pela primeira vez um procedimento experimental diferente dos tradicionais, como aqueles de Goldemberg [2] e Tyler [3]. Utilizando um método originalmente proposto para medir capacitância que foi usado por Fleming e Clinton [4] e Bennet [5], determinaram diretamente, a partir de uma leitura de corrente elétrica, a velocidade angular alcançada pelo disco depois do corpo suspenso ter descido uma distância conhecida. Sabendo-se qualé a velocidade angular, obtém-se a aceleração. O experimentoé então repetido, variando-se a massa do corpo suspenso. O momento de inércia, por sua vez,é determinado a partir da inclinação da reta obtida quando se levanta o gráfico do torque (queé conhecido) contra a aceleração angular. A vantagem do métodoé que nãoé necessário se preocupar com o atrito, uma vez que a inclinação da reta não depende do torque associadoàs forças de atrito. Posteriormente, como extensão deste trabalho, realizaram um estudo experimental da inércia da partícula [6], esfera [7] e placa [8], [9]. Neste trabalho, como continuidade e aperfeiçoamento dos anteriores,é proposta uma maneira diferente de se determinar a inércia rotacional. Utilizase um osciloscópio digital em substituição a um medidor de corrente analógico, mede-se a freqüência ao invés da corrente elétrica. Portanto, usa-se um sistema digital em substituiçãoàquele analógico, o que...

Atividades experimentais no ensino de física: diferentes enfoques, diferentes finalidades

“…A utilização de experimentos enfatizando os aspectos quantitativos constitui uma modalidade empregada com bastante freqüência, correspondendo a um terço dos artigos publicados nas fontes pesquisadas. Nesse tipo de abordagem podem ser atingidos diferentes objetivos, com destaque para a possibilidade de se comparar os resultados obtidos com os valores previstos por modelos teóricos [47][48][49][50][51][52]. A verificação de leis físicas e de seus limites de validade também são objetivos alcançados através do uso da experimentação quantitativa [53,54].…”

“…Nesta mesmaárea, constata-se a existência de um trabalho que analisa o comportamento de um esfera atuando como um corpo rígido que se desloca em um plano inclinado, comparando-se os resultados com os obtidos quando se considera a esfera como um objeto pontual [50]. Medidas do momento de inércia de um disco girante [52] e do centro de massa de um sistema [48] são outros procedimentos propostos que permitem comparar os resultados com previsões dos modelos teóricos.…”

Experimental study of the conventional equation to determine a plate's moment of inertia

“…In our experiments, the set-up was similar to the traditional one, although the procedure was modified as sketched in a previous paper [3]. Based on a method originally intended to measure capacitance [4,5], and by recording the electric current, one can determine the angular velocity attained by the disc after the body has fallen, thereby eliminating the need for time measurements.…”