Estudo experimental da dinâmica rotacional com materiais reutilizados: determinação de g e momento de inércia em geometrias complexas

Abstract

O presente trabalho investigou aplicações avançadas do pêndulo físico tanto determinação da aceleração da gravidade local g e para a validação experimental da metodologia de cálculo do momento de inércia I de corpos rígidos. As medições de período de oscilação foram realizadas com um multicronômetro da marca Cidepe e todo o estudo foi desenvolvido sob a proposta de experimento de baixo custo, utilizando materiais reutilizados, como placas de suporte para bolo e uma barra cilíndrica de madeira artesanal. O estudo determinou a aceleração da gravidade utilizando a barra cilíndrica. Porém, o experimento apresentou dificuldades de alinhamento nos eixos de suspensão, provavelmente relacionadas ao material reutilizado, o que resultou em erros sistemáticos. Os dados obtidos foram comparados ao método de Kater e um método otimizado de massa variável. O método de massa variável demonstrou ser mais robusto, resultando em g = 9,79 ± 0,04 m/s2, com um erro relativo de apenas 0,1022\%, e validação estatística conclusiva pelo teste t de Student com 95% de nível de confiança. Para o cálculo do momento de inércia utilizouse a metodologia do pêndulo físico, após calcular em geometrias simples (placas circular e quadrada), o método foi aplicado a uma figura composta (círculo e retângulo). O momento de inércia experimental Iexp foi comparado com o valor teórico Iteórico, calculado pela superposição das inércias e aplicação do Teorema dos Eixos Paralelos. O Teste t de Student foi conclusivo, confirmando a precisão do método experimental e a validade do modelo analítico em geometrias complexas. O trabalho confirma a viabilidade do experimento de baixo custo para a obtenção de resultados de alta precisão em Dinâmica Rotacional, enfatizando a importância crítica da determinação precisa do Centro de Massa para a validação dos conceitos. Além disso, reforça-se que experimentos de baixo custo desempenham um papel essencial no ensino de Física, pois permitem que, mesmo em ambientes com recursos limitados, os estudantes tenham contato direto com os fenômenos físicos. O uso de materiais simples e reutilizados torna a prática experimental mais acessível, estimula a aprendizagem ativa e contribui para o desenvolvimento do pensamento científico.