A figura a seguir mostra um objeto uniforme que rola sem deslizar sobre um plano inclinado. O objeto possui massa , raio e momento de inércia ao redor do eixo de rotação. Sabe-se que quando o objeto é liberado do repouso a partir de uma certa altura , ele é lançado horizontalmente ao chegar à base do plano inclinado, tocando o solo a uma distância horizontal do ponto de lançamento.
Considere, agora, que o objeto é substituído por outro, de mesma massa , mesmo raio e momento de inércia () ao redor do eixo de rotação. Nesse caso, quando solto do repouso da mesma altura , o novo objeto rola sem deslizar, e toca o solo a uma distância do ponto de lançamento.
Pode-se afirmar que:
Passo 1
Temos que, nos dois casos, o objeto deslizará do topo da rampa até a sua base, chegando com uma certa velocidade. Aquele objeto que chegar com maior velocidade na base da rampa é o que terá maior alcance!
Vamos olhar para o objeto primeiro
Temos pela conservação de energia mecânica
A energia no topo é puramente potencial gravitacional
Já a energia na base será cinética de translação e rotação!
Como o objeto rola sem deslizar, podemos relacionar a velocidade angular com a velocidade translacional
Assim, pela conservação da energia mecânica, temos
Da mesma forma, a velocidade na base do objeto é dada por
Assim como , temos que , ou seja, o alcance do corpo é maior que o alcance do corpo .
Outra forma de pensar nisso é que o corpo tem maior inércia de rotação, logo, uma maior parte da energia total acabará virando energia cinética rotacional, sobrando menos para a energia cinética translacional!
Resposta
(C)