Enunciado
Física - Fundamentos de Física - Mecânica Volume 1 - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo - Ex.
Na Fig. 11-58, um pequeno bloco de desliza para baixo em uma superfície curva sem atrito a partir de uma altura e depois adere a uma barra homogênea de massa e comprimento . A barra gira de um ângulo em torno do ponto antes de parar momentaneamente. Determine .
Passo 1
Inicialmente, devemos perceber que antes do impacto a energia mecânica do bloco ses conserva. Por isso, vamos aplicar a lei de conservação da energia mecânica para determinar a velocidade com que o bloco alcança a barra:
Isolando :
Assim:
Passo 2
Calculando, agora, o momento de inércia do sistema barra-bloco, lembrando que o momento de inércia de uma barra cujo o eixo de rotação passa por uma de suas extremidades é:
Assim, o momento de inércia do sistema é:
Substituindo os valores:
Passo 3
Durante a colisão, não há torque resultante, por isso, podemos aplicar a lei da conservação do momento angular:
Isolando e substituindo os valores:
Passo 4
Calculando a posição do centro de massa do sistema para podermos aplicar a lei da conservação da energia mecânica:
Substituindo os valores, temos:
Passo 5
Aplicando agora a lei da conservação de energia, temos:
Onde esse pode ser determinado a partir de relações trigonométrias, considerando que nosso referencial nula será a posição do centro de massa inicial. Assim:
Portanto:
Substituindo os valores, temos:
Isolando :
Isolando :