Momento de inercia y conservación del momento angular

Enviado por Bart

Objetivos

Determinar experimentalmente el momento de inércia de objetos sólidos (barra, disco) y verificar estos con el correspondiente valor teórico.
A partir del conocimiento del momento de inercia de un disco, verificar la conservación de la energía rotacional en función de la conservación del momento angular.

Es una magnitud escalar que refleja la distribución de masas de un cuerpo o un sistema de partículas en rotación, respecto al eje de giro; que sólo depende de la geometría del cuerpo y de la posición del eje de giro; mas no de las fuerzas que intervienen en el movimiento.

El momento angular o momento cinético

Bajo ciertas condiciones de simetría rotacional de los sistemas es una magnitud que se mantiene constante con el tiempo a medida que el sistema evoluciona, lo cual da lugar a una ley de conservación conocida como ley de conservación del momento angular.

Conservación del momento

Un principio físico de fundamental importancia es la llamada conservación del momento angular: Ello nos dice que si un cuerpo que gira se contrae, es decir, si la masa que lo forma se reúne en el centro, la velocidad de rotación aumenta de manera que el momento angular resultante se mantiene inalterado, y, a la inversa, si la masa se distribuye hacia la periferia, la velocidad de rotación disminuye de manera que el momento angular se mantiene.

Un cuerpo rígido es un caso especial de los sistemas constituidos por muchas partículas, esto es, un cuerpo en el cual las distancias entre todos sus componentes permanecen constantes bajo aplicación de la fuerza o momento, además conserva su forma durante el movimiento.

Para profundizar más sobre esto veremos en el laboratorio, momento de inercia y conservación del momento angular de un cuerpo rígido

Experimento

Interfase 750
Sensor de movimiento
Barra de aluminio rotacional
Disco de aluminio
Hilo
Balanza
Portapesa

Procedimiento

* Calculo del momento de inercia de objetos sólidos

1. Arme el esquema experimental.

2. Suelte el portapesa y con la ayuda de un grafico determine la aceleración lineal y angular de la barra rigida.

3. Retire la barra y repita en paso 2 colocando el disco.

* Calculo de la conservación del momento angular

4. Arme el esquema experimental con el disco.

5. Aplíquele un torque y con la ayuda de un grafico determine la velocidad angular. Unos momentos después coloque encima otro disco de diámetro similar al anterior, siga determinando el valor de la velocidad angular.

Grafica de la aceleración para el disco de aluminio

edu.red

Grafica de la aceleración para la barra de aluminio

edu.red

Análisis

Determine la velocidad angular inicial y final del disco de aluminio.

Tabla N° 10.1
	Disco	Barra
a(m/s2)	0.3	0.04
a(rad/s2)	10	2.75
Tensión(N)	0.15405	8.12×10-3
*Torque(Nm)**	10.437×10-3	4.919×10-3
*Iteórico(kg.m2)**	1.178×10-3	1.552×10-3

Cuestionario

1.- ¿Una persona puede distinguir entre un huevo fresco y uno cocido poniendo a girar ambos sobre una mesa?

Sí, porque cuando pones los huevos a girar, el movimiento del huevo cocido será distinto a la del huevo fresco al girar en la mesa, cuando el huevo esta duro es como unas pelotas unidas mediante una varilla y cuando esta fresco como las pelotas unidas mediante un elástico.

2.- Cuando un leñador va a talar un árbol, hace un corte del lado que está frente a la dirección en que quiere que caiga. Explique por qué seria seguro pararse directamente detrás del árbol en el lado opuesto de la caída.

Cuando un leñador realiza un corte en la base del árbol dicho corte cambia la base en que el árbol se apoya y lo que provoca es que el centro de gravedad del árbol se encuentre fuera de la base esto implica un desequilibrio del cuerpo provocando su caída siendo muy fácil de predecir dicha caída.

3.- Considere el movimiento de una pelota de futbol que va girando irregularmente en el aire. ¿Se conservará durante el vuelo la cantidad de movimiento angular con respecto al centro de mesa de la pelota, la magnitud o la dirección de la velocidad angular; cambian con respecto va sea a ejes fijos en el espacio o en el cuerpo?

No se conserva la cantidad de momento angular ya que el rozamiento realiza un torque durante un intervalo de tiempo cambiando la cantidad de movimiento angular provocando un cambio en la magnitud y la velocidad angular.

4.- Una mesa giratoria circula con una velocidad angular constante alrededor de un eje vertical, no hay rozamiento ni momento de rotación sobre la mesa. Sobre esta hay una cacerola circular que gira con ella una capa de hielo de espesor uniforme, el hielo se funde sin escapar el agua de la cacerola. En estas condiciones la velocidad angular es mayor igual o menor que la velocidad inicial. Explique.

La velocidad debe ser constante o menor para que se cumpla lo que en el problema dice, que el agua de la cacerola no escapa de la misma. Porque si la velocidad fuera mayor el agua de la cacerola sale de ella y lo que expone el problema no se cumple.

Conclusiones

Este trabajo ayudó a entender mejor la ley de la inercia, en todos los aspectos; también ha aplicar lo aprendido de velocidad angular y momento angular.

Bibliografía

(Física, Serway, Raymond A, edit. Interamericana, México (1985).

(Física, Resnick, Robert; Holliday, David; Krane, Kenneth S, edit. CECSA (1993)

(Física I, Mecánica, Alonso, M y Finn E. J., Edit. Fondo Educativo Interamericano

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Bart

INFORME DE LABORATORIO DE FISICA I

edu.red

FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS

PROFESOR DE LABORATORIO: José Cebrián Patricio

CICLO ACADEMICO: 2009 I

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

LIMA, 10 DE AGOSTO DEL 2009