Enunciado

A barra fina e homogênea da Fig. 10-50 tem 2,0   m de comprimento e pode girar, sem atrito, em torno de um pino horizontal que passa por uma das extremidades. A barra é liberada a partir do repouso e de um ângulo θ   =   40 º acima da horizontal. Use a lei de conservação da energia para determinar a velocidade angular da barra ao passar pela posição horizontal.

Passo 1

Vamos lááá!!!! Queremos determinar a velocidade angular ω na barra ao passar pela posição horizontal...

Beleza, a primeira coisa que podemos fazer aqui é calcular a altura h   que o centro de massa está quando a barra é liberada:

Logo:

h   =   L 2 sen ⁡ 40 °

Passo 2

Assim, a energia potencial inicial correspondente é dada como:

U = M g h

U = M g L 2 sen ⁡ 40 °

Essa energia é convertida em energia cinética de rotação K r o t   em relação ao pino, dada como:

K r o t = 1 2 I ω 2

Em que I   é o momento de inércia da barra em relação ao pino, ou seja, temos uma barra que gira em torno de um eixo em uma de suas extremidades, sendo assim seu momento de inércia é tabelado e dado pra gente como:

I = 1 3 M L 2

Logo:

K r o t = 1 2 1 3 M L 2 ω 2

K r o t = 1 6 M L 2 ω 2

Como a energia potencial se transforma na energia cinética, pela conservação temos que:

U = K r o t

M g L 2 sen ⁡ 40 ° = 1 6 M L 2 ω 2

Isolando ω , vamos obter que:

g sen ⁡ 40 ° = 1 3 L ω 2

ω = 3 g sen ⁡ 40 ° L

Susbituindo os valores do enunciado:

ω = 3,1   rad/s

Resposta

ω = 3,1   rad/s

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Determine o momento de inércia de uma esfera maciça e uniforme de massa M e raio R em relação a um eixo tangente à sua superfície.
Duas massas pontuais, m 1 e m 2 , estão separadas por uma barra sem massa de comprimento L . (a) Escreva uma expressão para o momento de inércia I em relação a um eixo perpendicular à barra, que passa
Uma roda de vagão de 1,00 m de diâmetro consiste em um aro fino de 8,00 k g de massa e de 6 raios, cada um com 1,20 k g de massa. Determine o momento de inércia da roda de vagão em relação ao seu eixo
Uma placa retangular uniforme tem massa m e lados de comprimentos a e b . (a) Mostre, por integração, que o momento de inércia da placa em relação a um eixo perpendicular passando por um dos vértices
Visando participar de uma equipe de atletas, você e seu amigo Carlos resolver praticar com halteres. Cada um de vocês está usando “A Besta”, um modelo constituído de duas esferas, cada uma de 500 g e