UFRJ, Física 1, Prova 2, 2015.2
Dois cilindros rígidos homogêneos, A e B, rolam sem deslizar sobre uma superfície horizontal, com a mesma velocidade angular constante de módulo ω. As relações entre as massas e os raios dos cilindros são e e. O momento de inércia de um cilindro homogêneo de massa M e raio R relativo ao seu eixo, que passa pelo centro de massa, é . Sendo e a energia cinética total e o módulo da velocidade do centro de massa do cilindro A, e e as do cilindro B, podemos dizer que:
Passo 1
Primeiro vamos analisar as velocidades por meio do vínculo:
Assim chegamos a:
Passo 2
Agora vamos analisar a energia total que é dada por:
A gente já tem a relação entre as velocidades, então basta aplicarmos a fórmula. O único detalhe aqui é perceber que como o momento de inércia depende do raio, cada um dos cilindros vai ter um momento de inércia diferente. Vamos comparar a relação entre os momentos de inércia:
Lembrando as relações:
Vamos calcular a energia total de cada cilindro pela fórmula:
Cilindro A:
Cilindro B:
Agora para descobrirmos a relação entre as duas, vamos dividir uma pela outra
Assim, matamos o problema!