PROJETO CIÊNCIA NA BAGAGEM
Roteiro para estudo de vídeo
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FINEP
Data: _____/_____/_____
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Roteiro elaborado por Luiz André Mützenberg para o filme vt_cb_17.mpg - Projeto Ciência na Bagagem - http://gaia.liberato.com.br/ciencianabagagem
CORRIDA DE VOLANTES
Objetivo: compreender como a distribuição da massa ao redor do eixo interfere no momento de inércia.
Quando um objeto rola em um plano inclinado sua energia potencial gravitacional diminui à medida que ele avança. A energia potencial cedida pelo objeto é convertida
em energia cinética de translação e energia cinética de rotação. A relação entre a energia cinética de translação e a energia cinética de rotação depende do momento de inércia do
volante.
A Fig. 1 mostra o início do clipe que tem por finalidade
comparar o movimento dos três volantes, que possuem a
mesma massa, mas distribuída de formas diferentes ao redor
do eixo.
Fig. 1. Comparação do movimento dos três volantes.
Os três volantes usados na experiência possuem a mesma massa m = 242 g, percorrem mesma distância total
d = 100 cm, partem da mesma altura inicial hi = 17,2 cm,
chegam à mesma altura final hf = 10,5 cm e possuem eixo
com raio r = 5,3 mm.
1. Calcule a energia potencial ( Ep  m.g.h ) liberada pelos
volantes durante o movimento.
2. Calcule o número de voltas que o volante deve completar
para percorrer todo plano inclinado.
3. Olhe o vídeo em câmera lenta e verifique se o número de
voltas é o mesmo para os três volantes.
Tab. 1. Medidas para avaliar a variação do momento de inércia.
Volante 1
Volante 2
Volante 3
t (s)
a (m/s²)
v (m/s)
Ec (J)
 (rad/s)
Er (J)
I (km.m²)
Tab. 1 e calcule os valores solicitados conforme orientações
que seguem.
4. Anote o tempo que cada volante leva para percorrer todo o
plano inclinado.
Observe que o último número do cronometro (veja Fig.
1 e Fig. 2) que aparece o vídeo só vai até 30, ele é na verdade
um contador de quadros do filme. Para obter os centésimos
de segundo deve multiplicar este valor por 0,333 s.
5. Calcule a aceleração dos três volantes usando a função
horária das posições do MRUV:
Eq. 1
d  12 a.t 2  vi .t  di
6. Calcule a velocidade dos volantes no final do plano inclinado usando a função horária das velocidades:
Eq. 2
v  a.t  vi
7. Conhecendo a velocidade final do volante pode calcular
sua energia cinética de translação usando a equação:
Eq. 3
Ec  12 m.v 2
8. Calcule a velocidade angular dos volantes no final do
plano inclinado usando a relação entre velocidade e velocidade angular:
Eq. 4
v  .r
No inicio do movimento os volantes possuem energia
potencial gravitacional, que será convertida em energia cinética de translação e de rotação, portanto, pode escrever que:
Eq. 5
Ep  Ec  Er
10. Calcule a energia cinética de rotação Er com auxílio da
Eq. 5.
11. Calcule o momento de inércia I com auxílio da equação
de definição da energia cinética de rotação:
Eq. 6
Er  12 I . 2
12. O que acontece com o momento de inércia quando parte
da massa do volante é afastada o eixo de rotação? Explique.
13. Mostre que é possível somar Ec e Er, isto é, mostre que
estas grandezas físicas possuem as mesmas unidades de medidas.
Fig. 2. Chegada dos volantes.
Para avaliar o que acontece com o momento de inércia à
medida que parte de sua massa é afastada do eixo preencha a
Conclusão: ___________________________________________________________________________________________