Enunciado
Física - Física de Sears & Zemansky: Mecânica Volume 1 - 12ª Edição - Hugh D. Young e Roger A. Freedman- Ed: 12º - Capítulo 9.4 - Ex. 47
Desejamos armazenar energia em um volante de que possui forma de um disco maciço uniforme com raio . Para imperir danos estruturais, a aceleração radial máxima de um ponto na sua periféria é igual a . Qual é a energia cinética máxima que pode ser armazenada no volante.
Passo 1
Fala aí, tudo certinho?
Bom, nessa questão queremos armazenar o máximo de energia cinética possível em um volante que possui o formato de disco. Como esse volante está girando, ele possuirá energia cinética de rotação que é dada por:
Portanto, precisamos calcular o momento de inércia desse volante, que é um disco, portanto seu momento de inércia é tabelado.
Além disso, nos foi dada a restrição de que a aceleração radial máxima na periféria do disco não pode ser maior que , daqui vamos precisar lembrar do conceito de aceleração centrípeta (ou radial, é a mesma coisa).
Lembrando que velocidade e velocidade angular podem ser relacionadas por:
Onde esse é o raio do disco, afinal estamos olhando para a velocidade e a aceleração centrípeta em um ponto na extremidade do disco, portanto a distância até o eixo de rotação é o próprio raio do disco.
Com tudo isso, estamos prontos!
Passo 2
Bom, vamos começar calculando a velocidade que esse disco poderá girar.
Logo,
Substituindo o que temos:
Tranquilo até aqui?
Passo 3
Agora para finalizar, vamos calcular o momento de inércia do disco, que é dado por:
E finalmente, sua energia cinética de rotação máxima será:
E fim! O que achou? Responde Aí!