Calcule o momento de inércia considerando que o volante é composto de um cilindro anular (ou disco) e um cilindro sólido passando pelo eixo central
.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o enunciado está pedindo. Precisamos calcular o momento de inércia de um volante que é composto por dois componentes: um cilindro anular (ou disco) e um cilindro sólido que passa pelo eixo central. O conteúdo envolvido aqui é Momento de Inércia, que é uma medida de quanto um objeto resiste a mudanças em seu movimento de rotação. Para resolver isso, vamos precisar das fórmulas do momento de inércia para cilindros sólidos e discos.
Passo 2
Vamos começar calculando o momento de inércia do cilindro sólido. A fórmula para o momento de inércia de um cilindro sólido em relação ao seu eixo central é:
Aqui,
é a massa do cilindro sólido e
é o raio do cilindro.
Passo 3
Agora, vamos calcular o momento de inércia do cilindro anular (ou disco). A fórmula fornecida no enunciado parece somar duas partes iguais, o que sugere que o cilindro anular pode estar sendo tratado como duas partes. A fórmula dada é:
Simplificando essa expressão, temos:
Onde
é a massa do disco e
é o raio do disco.
Passo 4
Agora que temos os momentos de inércia de ambos os componentes, podemos somá-los para encontrar o momento de inércia total do volante. A fórmula geral para o momento de inércia total
é:
Substituindo as expressões que encontramos:
Resposta
O momento de inércia total do volante é dado por:
Exercícios relacionados
Incline o plano com certo ângulo em relação à horizontal, esse ângulo deve em torno de
. Coloque o disco de inércia em repouso, na posição mais alta, para que ele possa se deslocar para baixo.
Calcule o valor esperado da energia potencial
para o elétron no estado
do átomo de Hidrogênio. Usando este resultado, calcule o valor esperado da energia cinética
.
Nesta parte deverá ser obtido o valor do momento de inércia através da aplicação da conservação da energia mecânica. Um dos objetivos é verificar a validade da aplicação de tal principio.
Calcule o Erro relativo percentual, entre os momentos de inércia pelo formato do objeto e conservação de energia mecânica:
. Comente os resultados obtidos.