11,3 FEX1001

Roteiro/Relatório · Experiência 4

Cinemática e dinâmica de rotações

Determinar e verificar experimentalmente as equações da cinemática e da dinâmica de rotações, medindo como a aceleração angular responde ao torque aplicado com o momento de inércia mantido constante.

A relação α = (g/R)·[1 + I/(MR²)]⁻¹ não é linear em M. A página lineariza por inversos — y′ = 1/ᾱ contra x′ = 1/M — e extrai o momento de inércia do coeficiente angular, comparando com o valor calculado pela geometria do acessório.

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Identificação

1 Observações [1,0]

Registre o comportamento do sistema ao liberar a massa do repouso, antes de iniciar a série de medidas.

2 Experimentos [1,0]

Posicione as massas ajustáveis à distância d do eixo, simetricamente opostas. Para cada massa M pendurada no fio, determine a aceleração angular α pelo ajuste de curva durante a queda.

Haste MH27,00 g
Comprimento L38,00 cm
Massas ajustáveis m75,00 g
Raio da polia R24,00 mm
Distância d (cm)

A distância d é definida pelo docente (entre 11 cm e a extremidade da haste) e entra no cálculo do momento de inércia de referência.

Tabela 1 — Aceleração angular medida por cada equipe, por massa pendurada
M (g) α₁ (rad/s²) α₂ (rad/s²) α₃ (rad/s²) α₄ (rad/s²) α₅ (rad/s²)
Conjunto disponível: 10,00 g · 2 × 20,00 g · 50,00 g, com Δm = 0,01 g.

3 Teoria [1,0]

Do diagrama de corpo livre do sistema sem atrito e sem inércia nas polias:

α = (g/R) · [1 + I/(MR²)]⁻¹ (1)

com o momento de inércia da haste com as massas ajustáveis:

I = MHL²/12 + 2md² (2)

4 Identificação das variáveis [1,0]

Tabela 2 — Quantidades físicas e seu papel no experimento
Quantidade físicaVariável
Independente
Dependente

5 Linearização [1,0]

a) Linearize a equação (1) e compare com y′ = a′x′ + b′.

b) Escreva as relações: (3)

6 Análise estatística [1,0]

Tabela 3 — Massa em quilogramas e estatística da aceleração angular calculada automaticamente
M (kg)ᾱ (rad/s²)Δᾱ (rad/s²)σα (rad/s²)n

7 Gráfico linear [1,0]

Tabela 4 — Pares linearizados calculada automaticamente
x′y′

Preencha a Tabela 1 para ver o ajuste.

b) Indique na reta os pontos P₁, P₂ e P₃ com os valores lidos.

Pontos lidos no papel milimetrado
Pontox′y′
P₁
P₂
P₃

Coeficientes por P₁ e P₂: preencha os pontos.

8 Gráfico linear no SPARKvue [1,0]

9 Resultados [1,0]

a) Pelas relações (3), I = a′gR. b) Calcule Iref pela equação (2) e determine o erro percentual.

I pelo ajuste—
I de referência—
Erro percentual—
b′ esperado = R/g—

10 Conclusões [1,0]

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