Determination of the inertia moment of a nonhomogeneous ring using video analysis

Authors

  • Victor Abath da Silva Physics student, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
  • Frederico Alan de Oliveira Cruz Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro http://orcid.org/0000-0002-2612-3952

DOI:

https://doi.org/10.5007/2175-7941.2020v37n2p944

Abstract

The moment of inertia of a body is a quantity studied in many introductory physics subjects, in the exact sciences courses of higher education, mostly in a purely theoretical approach and with greater emphasis on bodies with homogeneous mass distribution, due to the complexity of the problem. In order to show how this can be affected when this homogeneity does not exist, this work presents a method, based on video analysis, that seeks to evaluate the movement of a ring on a plane at different angles of inclination. The results show that the methodology is efficient in determining the moment of inertia of a homogeneous ring, since for this type of object the expected rotation radius is equal to 1 and the value obtained was 0.97, that is, a 3% deviation from the theoretical value. This result serves to validate the value of 0.66 of the rotation radius of a non-homogeneous ring, which was correct, since it also showed an approximate variation of 3% between the values obtained.

Author Biographies

Victor Abath da Silva, Physics student, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro

Discente do Curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro; Monitor da Disciplina Física I da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro; Integrante do Grupo de Pesquisa em Ensino Aprendizagem de Física da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro.

Frederico Alan de Oliveira Cruz, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro

Professor da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro; Líder do Grupo de Pesquisa em Ensino-Aprendizagem de Física da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro; Docente do Curso de Pós-graduação em Educação em Ciências e Matemática da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro; Doutor em Ciências.

References

ABDULGHANY, A. R. Generalization of parallel axis theorem for rotational inertia. American Journal of Physics, v. 85, n. 10, p. 791-795, 2017.

ADAMS, B. Local Acceleration of Gravity, 2014. Disponível em:

<https://is.gd/DOGZMG>. Acesso em: 04 jul. 2019.

ALONSO, M.; FINN, E. J. Física: um curso universitário. São Paulo: Edgar Blücher, 1972. v. 1.

BEZERRA, E. M. Determinação do momento fletor resistente à flambagem lateral com torção de vigas de aço casteladas. 2011. 120 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas) - Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte.

BROWN, D. Tracker: video analysis and modeling tool, 2019. Disponível em: <https://physlets.org/tracker/>. Acesso em: 29 mai. 2019.

CLASEN, A.; VITO, M. Análise da seção de pilares de concreto armado – estudo de caso, 2013. Disponível em: <https://is.gd/tCjaqF>. Acesso em: 26 mai. 2019.

CT - CalcTown. Moment of Inertia of a Thick Cylindrical Tube Calculator, 2015. Disponível em: <http://abre.ai/a2LC>. Acesso em: 26 abr. 2020.

EADKHONG, T. et al. Rotational dynamics with Tracker. European Journal of Physics, v. 33, n. 3, p. 615-622, 2012.

JOHANSEN, I. Graph - Plotting of mathematical functions 2018, Disponível em: <https://www.padowan.dk/download/>. Acesso em: 08 nov. 2018.

PRIMA, E. C. et al. Kinematics investigations of cylinders rolling down a ramp using tracker. In: INTERNATIONAL SEMINAR ON MATHEMATICS, SCIENCE AND COMPUTER SCIENCE EDUCATION, 2015, Bandung, Indonesia. Proceedings... Melville (EUA): AIP Publishing, 2016. p. 070010/1-070010/6.

MACEDO, H. T.; MACEDO, C. A. Propriedades Mecânicas e Geométricas de Objetos Homogêneos Delgados e Poligonais. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 24, n. 2, p. 196-200, 2002.

MACHADO, V.; GALVÃO, J. R.; SZMOSKI, R. M. Verificação da conservação da energia mecânica de um sistema em rotação: um ensaio no laboratório. Revista Brasileira de Física Tecnológica Aplicada, v. 1, n. 1, p. 67-75, 2014.

LEITÃO, L. I.; TEIXEIRA, P. F. D.; ROCHA, F. S. A vídeo-análise como recurso voltado ao ensino de física experimental: um exemplo de aplicação na mecânica. Revista electrónica de investigación en educación en ciencias, v. 6, n. 1, p. 18-32, 2011.

OLIVEIRA, L. F. C. Espectroscopia molecular. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 4, p. 24-30, 2001.

MEARS, M. The spiderwheel: A new apparatus to demonstrate energy conservation and moment of inertia. American Journal of Physics, v. 83, n. 9, p. 817-820, 2015.

MULHAYATIAH, D et al. Moment of inertia: development of rotational dynamics KIT for physics students. In: ANNUAL APPLIED SCIENCE AND ENGINEERING CONFERENCE, 3, 2018, Bandug, Indonesida. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, v. 434, n. 1. Proceedings... Bristol (England): IOP Publishing, 2016. p. 1-8.

STANDISH, R. K. SciDAVis, 2017. Disponível em: <http://scidavis.sourceforge.net/>. Acesso em: 08 nov. 2018.

US - Universidad de Sevilla. Tensor de inercia (M.R.), 2018. Disponível em:

<https://is.gd/N9YTfv>. Acesso em: 15 set. 2019.

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Published

2020-08-12

How to Cite

Silva, V. A. da, & Cruz, F. A. de O. (2020). Determination of the inertia moment of a nonhomogeneous ring using video analysis. Caderno Brasileiro De Ensino De Física, 37(2), 944–956. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2020v37n2p944

Issue

Vol. 37 No. 2 (2020)

Section

Atividades experimentais no ensino de Física

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