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Mateus há 4 anos
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Questão de dinâmica das rotações - física 1

Uma barra delgada de massa M e comprimento L está pivotada a uma distância L/3 de uma das extremidades, conforme a figura. A barra é abandonada do plano horizontal e gira em torno do ponto de articulação. Quando passa pela parte mais baixa, atingi uma partícula de massa M/4. A partícula fica retida na barra após a colisão. Determine: a) O módulo do torque resultante sobre a barra no plano horizontal. b) O momento de inércia da barra antes e depois da colisão. Imagem da Questão: https://uploaddeimagens.com.br/imagens/d0eJUz0
Física
1 resposta
Professor João G.
Respondeu há 3 anos
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Para calcular o torque inicial quando a barra esta na horizontal temos:

Considere a parte esquerda da barra em relação ao pivot. Temos ai um pedaço da barra que podemos concentrar a força peso deste pedaço (Mg/3) no centro, portanto uma distancia L/6 do pivot. 

O torque entao causado pelo peso desta parte da barra é

T1= Mg/3 . L/6 = MgL/18 (no sentido anti horario).

g = aceleracao da gravidade

 

Para a parte direita da barra, fazemos procedimento analogo, concentrando o peso deste pedaco de barra (2Mg/3) em seu centro (distancia de L/3 a direita do pivot).

T2= 2Mg/3 . L/3 = 2MgL/9 (no sentido horario). 

considerando sentido horario positivo e antihorario negativo, temos para torque total:

Torque Total = T2-T1 = 2MgL/9 -MgL/18 = (4MgL-MgL)/18 = 3MgL/18 = MgL/6 (sentido horario).

 

Momento de Inercia da barra no momento inicial antes de chocar com a massa temos:

Momento de uma barra delgada em relacao ao seu centro de massa = ML2/12

Pelo teorema dos eixos paralelos, o momento de inercia em relaçao a um eixo distante d do centro de massa é:

Iz = ICM + Md2

considerando que a distancia do pivot ao centro de massa = L/6 

I (em relação ao eixo que passa no pivot) = ML2/12 +M (L/6)2

I (antes do choque)= ML2/12 + ML2/36 = (3ML2 +1ML2)/36 =4ML2/36 =ML2/9

Apos chocar com a massa M/4 , o momento de inercia aumenta para:

I (depois do choque) = I antes do choque + (M/4). (distancia da massa ao pivot)2

I (depois do choque) = ML2/9 + M/4 . (2L/3)2  = ML2/9 +M/4. 4L2/9 =ML2/9 + ML2/9 = 2ML2/9

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