Enunciado

  1. a) Prove que a energia cinética total de um sistema de partículas que constituem um corpo rígido, conforme foi definido pela Eq. (4.37), e dada corretamente pela Eq. (5.16), quando o corpo gira em torno de um eixo fixo.

b) Prove que a energia potencial dada pela Eq. (5.14) é o trabalho total realizado contra as forças externas, quando o corpo gira de θ s para θ se N z for a soma dos torques em torno do eixo devido às forças externas.

Passo 1

Então vamos para mais uma questão?

Para um sistema de partículas que forma um corpo rígido temos:

Eq(4.37)

I = ∑ K = 1 N 1 2 M K V K ²

Para um corpo rígido girando em torno de um eixo. O momento de inércia do corpo rígido feito de um sistema de partículas é:

I z = ∑ K = 1 N M K r K ²

Passo 2

Agora vamos para a velocidade tangencial:

V = r * θ ˙

V 2 = r 2 * θ ² ˙

Já para um sistema de partículas:

( V k ) ² = ( r k ) ² * θ ²

Lembrando que θ   é a mesma para cada partícula do corpo rígido

Substituindo ( V k ) ² na equação da energia cinética teremos:

T = ∑ K = 1 N 1 2 M K r K ²   θ ²    

= 1 2 ∑ K = 1 N M K r K 2 θ 2        

T = 1 2   I z θ 2     Eq(5.16)

Passo 3

b) Temos como definição de trabalho:

V = - ∫ x s x F → * d x →

Onde o F → é a soma da forças externas

Torque é definido como

N → z = F θ → r    

N z = F → *   r 1 →      

N z = F θ r

Agora.

d r 1 → = r   d θ   θ ^  

d x → = d r 1 →

= r   d θ   θ ^

Substituindo na definição de trabalho temos:

V = - ∫ θ s θ F → * r d θ   θ ^

= - ∫ θ s θ F → * r d θ

Eq (5.14)

= - ∫ θ s θ N z d θ  

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)