Questão: (valor: 2,5 ) - Atira-se uma bala de argila (aderente) de massa
e velocidade
contra um disco homogêneo de massa
, raio
e
(Figura ao lado). O disco está inicialmente em repouso, montado sobre um eixo fixo, perpendicular ao plano da figura, e que passa pelo seu centro de massa. A linha de movimento do projétil é perpendicular ao eixo e está a uma distância
do centro. Considere os seguintes valores:
(b) Qual a velocidade angular do sistema (disco+ massa) imediatamente após a colisão?
(b) Qual a velocidade angular do sistema (disco+ massa) imediatamente após a colisão?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O que a questão está pedindo é para encontrar a velocidade angular do sistema composto pelo disco e pela massa da bala logo após a colisão. Estamos lidando com conceitos de momento angular e conservação do momento angular. Para resolver isso, vamos precisar calcular o momento angular antes e depois da colisão e igualá-los.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o momento angular inicial do sistema. Antes da colisão:
- O disco está em repouso, então seu momento angular é zero.
- A bala de argila está se movendo com uma velocidade
e tem uma massa . Ela está a uma distância do centro do disco.
O momento angular (
) de um objeto em movimento é dado por:
onde
é a distância até o ponto de rotação e
é o momento linear (
).
Então, o momento angular inicial da bala é:
Passo 3
Após a colisão, a bala de argila fica presa ao disco, formando um sistema combinado que gira com uma velocidade angular
. O momento angular final do sistema é a soma do momento angular do disco e da bala.
Sabemos que:
- O momento de inércia do disco é
. - O momento de inércia da bala presa a uma distância
do centro é .
Então, o momento angular final (
) é:
Passo 4
Pela conservação do momento angular, o momento angular inicial deve ser igual ao momento angular final:
Agora, isolamos
:
Resposta
A velocidade angular do sistema imediatamente após a colisão é: