Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 13.Exercício - Ex. 35
35. Um relógio da quatro tiques a cada segundo; cada tique corresponde à metade do período. A roda catarina do relógio consiste em uma fina camada circular com raio de conectada ao conjunto da roda por meio de raios com massas desprezíveis. A massa total da roda é igual a . Qual é o momento de inércia da roda em torno do eixo central? Qual é a constante de torção da mola capilar?
Passo 1
Para acharmos o momento de inércia da roda catarina, temos que identificar o formato de desse objeto, que no caso é uma roda, mas pela descrição lembra um anel de raio .
A fórmula do momento de inércia de um anel é a seguinte:
Então basta substituir o que conhecemos e encontraremos o momento de inércia.
Agora, para achar a constante de torção, teremos que usar o que temos em mão, que no caso é o período de oscilação.
Mas você pode se questionar que o enunciado em nenhum momento falou quanto vale o período, verdade, mas ele falou uma forma de achar. Ele fala que o relógio da tiques por segundo e cada tique corresponde à metade do período, vamos analisar isso então.
Em temos tiques, então cada tique tem , mas cada tique corresponde a metade do período, então o período tem .
Pronto, temos o período, para achar a constante de torção a parti dele basta usar a seguinte fórmula:
Tendo isso, basta isolar a constante e substituir o período e o momento de inércia com os valores que tivermos.
Passo 2
Vamos começar calculando o momento de inércia, além do mais precisamos dele para achar a constante de torção. Então vamos lá.
Temos que:
O enunciado nos fornece a massa e o raio da roda, que são:
Assim ficamos com:
Passo 3
Agora vamos caminhar para encontrar a constante pedida no item . Temos o seguinte primeiramente:
Colocando os valores que conhecemos temos:
Logo, temos que: