Momento de inercia y conservación del momento angular

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.

Fundamento
teórico

El momento de inercia

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

Grafica de la aceleración para la
barra de aluminio

Análisis

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

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

Enviado por:

Bart

INFORME DE LABORATORIO DE FISICA
I

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