UFPE, Física 1, 2019.1, 3º EE, Questão 2
Uma partícula massiva encontra-se grudada em uma das extremidades de uma barra sem massa (ver Figura abaixo). A outra extremidade da barra está conectada na origem do plano horizontal . A partícula e a barra giram no plano , de modo que a partícula descreve uma circunferência com centro no ponto . A posição angular da partícula (em rad) é dada por:
onde o tempo é dado em segundos. O momento de inércia da partícula em relação ao eixo perpendicular ao plano e que passa no ponto é .
O módulo do torque resultante sobre a partícula em relação ao ponto no instante vale:
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
Passo 1
Faaala galera, tudo beleza? Temos aqui um problema de rotação de corpos rígidos! Nele precisaremos saber um pouco sobre a aceleração angular instantânea (), momento de inércia () e Torque ().
Passo 2
Dizemos que um corpo massivo possui aceleração angular quando a sua velocidade angular varia. Considerando que sabemos o conceito de velocidade angular instantânea (), a aceleração angular instantânea de um corpo massivo com velocidade angular variável pode ser calculada da seguinte forma:
Do mesmo modo, como , podemos expressar a aceleração angular como a derivada de segunda ordem da coordenada angular ():
Passo 3
Neste conteúdo, considerando um corpo rígido, o momento de inércia pode ser definido, de modo simples, como sendo a massa da partícula multiplicada pela distância ao eixo de rotação (raio):
Passo 4
Podemos descrever, para este caso, o torque de uma força aplicada em relação a um ponto com, a uma determinada distância , como:
Sabemos que a força é . Podemos considerar e . Logo, o torque angular resultante () para uma partícula massiva ou corpo rígido, pode ser calculado da seguinte forma:
Como , temos:
Passo 5
Agora que sabemos mais alguns conceitos, poderemos calcular o torque angular resultante () da partícula no instante .
Primeiro, calculamos a aceleração angular:
Sendo temos,
portanto o torque angular resultante é:
Resposta
Letra (g)