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Numa feira de ciências, um estudante utilizará o disco de Maxwell (ioiô) para demonstrar o princípio da conservação da energia. A apresentação consistirá em duas etapas:
Etapa 1 - a explicação de que, à medida que o disco desce, parte de sua energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética de translação e energia cinética de rotação;
Etapa 2 - o cálculo da energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua trajetória, supondo o sistema conservativo.
Ao preparar a segunda etapa, ele considera a aceleração da gravidade igual a e a velocidade linear do centro de massa do disco desprezível em comparação com a velocidade angular. Em seguida, mede a altura do topo do disco em relação ao chão no ponto mais baixo de sua trajetória, obtendo da altura da haste do brinquedo.
As especificações de tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento (C), largura (L) e altura (A), assim como da massa de seu disco de metal, foram encontradas pelo estudante no recorte de manual ilustrado a seguir.
Descrição da imagem (gerado por IA)
Desenho em preto e branco de uma montagem experimental. Sobre uma base retangular alongada, duas hastes verticais sustentam uma barra superior horizontal, da qual pendem dois fios paralelos que seguram, na parte inferior, um disco metálico com um eixo horizontal que atravessa seu centro. Indicações de medida aparecem à esquerda e à direita: uma cota vertical marca a distância da base até a altura do eixo do disco, rotulada "2h/3", e outra cota marca a altura total da montagem, até a barra superior, rotulada "h". Abaixo do desenho há um quadro com as informações: "Conteúdo: base de metal, hastes metálicas, barra superior, disco de metal.", "Tamanho (C × L × A): 300 mm × 100 mm × 410 mm" e "Massa do disco de metal: 30 g".
Textos contidos na imagem (gerado por IA)
2h/3
h
Conteúdo: base de metal, hastes metálicas, barra superior, disco de metal.
Tamanho (C × L × A): 300 mm × 100 mm × 410 mm
Massa do disco de metal: 30 g
Conteúdo: base de metal, hastes metálicas, barra superior, disco de metal.
Tamanho (C × L × A): 300 mm × 100 mm × 410 mm
Massa do disco de metal: 30 g
O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:
