segunda-feira, 15 de julho de 2013

A bailarina que gira e recolhe os braços: Por conservação do momento angular, I1ω1 = I2ω2. Por conservação de energia mecânica, I1(ω1)²/2 = I2(ω2)²/2 (supondo não haver energia potencial envolvida). As duas equações acima são inconsistentes uma com a outra. Então há energia potencial envolvida?‎

Não só há energia potencial envolvida, como o sistema não é conservativo, isto é, a energia mecânica varia em função do trabalho da força muscular. Para simplificar o raciocínio, suponha que os braços da bailarina só tenham massa nas mãos, cada uma de valor m e os braços de comprimento b. Com ele abertos, o momento angular vale Iw + 2mb²w e com eles fechados (mãos juntas no eixo), apenas Iw', o momento angular só do corpo, em que I é o seu momento de inércia. O torque tanto da força muscular quanto da força gravitacional sobre os braços ao se abrirem ou fecharem se anulam, de modo que o momento angular é conservado, sem problema. Mas o trabalho da força muscular para elevar as mãos contra a gravidade aumenta a energia potencial em 2mgb. Mas a Energia Cinética ficará diminuida pelo fator I1/I2, de acordo com a conservação do Momento Angular. Logo o trabalho da força muscular não será tão grande quanto o necessário para elevar os braços se a bailarina estivesse parada. Dependendo do quão rápido ela gire, os braços se elevarão por conta própria, podendo ser necessário até que os músculos impeçam a elevação.

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