Enunciado

Um giroscópio para demonstração em classe consiste de um anel metálico cujo raio é de 0,35 m, cuja massa é de 5 kg, sendo ligado por raios a um eixo que se projeta 20 cm de cada lado. O demonstrador mantém o eixo numa posição horizontal enquanto o anel gira 300 rpm. Determine o módulo e o sentido da força de cada uma das mãos do demonstrador exercida sobre o eixo, nos seguintes casos: (a) o eixo é transladado paralelamente a si mesmo; (b) o eixo é girado em torno do seu centro num plano horizontal à razão de 2 rpm; (c) o eixo é girado em torno do seu centro num plano vertical à razão de 2 rpm. Calcule também qual deveria ser a velocidade angular do anel para que o eixo permanecesse horizontal se o giroscópio fosse suportado somente por uma das mãos.

Passo 1

Faala galera!! Em a, temos que quando o eixo é paralelo a este, o momento angular C não muda de direção e isso indica que não há vetor o vetor de velocidade angular, mas, como L existe, pensamos que o anel continua girando, por isso é necessariamente zero, o que nos explicita que nas mãos do demonstrador não há força, caso contrário, haverá torque porque os braços da alavanca realizam torque.

Passo 2

Em b, se o eixo gira em um plano horizontal, C deve mudar de direção apenas no plano horizontal (plano de desenho), então o vetor torque e momento são perpendiculares e o vetor velocidade angular é perpendicular ao plano de desenho, portanto temos:

Ω L = 2 F l

Assim, temos que

F = l w Ω / 2 l   e   y * F = M R ² w Ω / 2 l

Substituindo com os valores, temos que:

F = ( 5 * 10 π * ( 0,35 ) ² * π / 15 ) / 2 * 0,2 = 10,08   N

Logo, a força F é F = 10,08 N.

Passo 3

Em c, faremos uma análise imediata da letra b, tendo que a resposta é a mesma porém as direções da força F neste caso vão de frente para trás e vice versa.

Em d, como o eixo permanece constante, então há uma força sobre a mão do demonstrador, tendo um torque que pode ser dado por:

τ = F l

Então, deve-se ter um momento angular constante, isto é:

Ω l = τ = F l

Assim, chegamos que:

w = 1 / R   *   g l / 2 = 2,84   R a d / s = 27   r p m .

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

Ver Outros Exercícios desse livro