Momento de inercia y τ = Iα – laboratorio de rotación, momento angular y rodadura
FísicaFuerzas y dinámicaEdades 15–16
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Inicia sesión para usarUn laboratorio virtual de dinámica de rotación. Una masa que cae, atada a un hilo enrollado en un tambor, hace girar una varilla con dos masas desplazables, un disco macizo o un aro; una fotopuerta mide el tiempo de caída para hallar la aceleración angular α, el momento de fuerza τ y el momento de inercia I = τ/α, con tabla de resultados, gráfica α–τ y barras de energía. La pantalla Momento angular permite acercar las masas al eje de una plataforma que gira o dejar caer un aro sobre ella; la pantalla Rodadura hace competir un aro, una esfera hueca, un cilindro macizo y una esfera maciza en un plano inclinado.
Lección: Dinámica de rotación: momento de fuerza, momento de inercia, aceleración angular, energía cinética de rotación y momento angular
Qué muestra
Un momento de fuerza hace girar un objeto cada vez más rápido, igual que una fuerza lo acelera: τ = Iα. El momento de inercia I depende de cómo se reparte la masa alrededor del eje, I = Σmr², así que alejar las masas o usar un aro en vez de un disco hace que el mismo momento de fuerza produzca menos aceleración angular. La masa que cae pierde energía potencial gravitatoria, que se convierte en su propia energía cinética, en energía cinética de rotación ½Iω² y en trabajo contra el rozamiento. Sin momento de fuerza externo, el momento angular L = Iω se conserva.
Cómo usarla
En la pestaña Laboratorio τ = Iα, elige un Rotor, ajusta la Masa colgante m, el Radio del tambor r y la Altura de caída h, y pulsa Soltar; cada lanzamiento añade una fila a la tabla. Repite con otros valores de m y lee I en la gráfica de α frente a τ. En la pestaña Momento angular, pulsa Girar y luego arrastra una masa o usa Distancia R, o pulsa Dejar caer aro. En la pestaña Rodadura, ajusta el Ángulo del plano y pulsa Soltar.
Parámetros que puedes cambiar
- Pantalla Laboratorio τ = Iα, Conservación del momento angular, Rodadura en un plano inclinado
- Rotor Varilla con 2 masas, Disco macizo, Aro
- Masa colgante m 20–500 g
- Radio del tambor r 1–4 cm
- Masa de cada pesa desplazable 50–400 g
- Distancia de las masas al eje R 4–24 cm
- Masa del disco o del aro M 0,2–2 kg
- Radio del disco o del aro R 5–20 cm
- Altura de caída h 0,3–1 m
- Rozamiento en el eje
- Ángulo del plano θ 5–40 °
Preguntas para explorar
- ¿Por qué el momento de fuerza del hilo es m(g − a)r y no mgr, y cuándo son casi iguales?
- ¿Cómo cambian el momento de inercia y la aceleración angular si las masas pasan de 20 cm a 10 cm?
- ¿Por qué una esfera maciza baja rodando más rápido que un aro de igual masa y radio?
