Os conceitos de inércia e momento são frequentemente confundidos – possivelmente devido à semelhança das suas definições. A inércia é geralmente descrita como a resistência de um objecto ao movimento, sendo o momento a tendência de um objecto a continuar em movimento. Ambos têm implicações para aplicações de movimento linear, mas enquanto a inércia é um parâmetro fundamental de dimensionamento, o momento não é abordado diretamente nos cálculos do sistema. Para distinguir entre os dois e descobrir porquê, vamos olhar para as definições e usos de cada um.
Inércia: Resistência à mudança na velocidade
Inércia é uma resistência do corpo à mudança na velocidade e está relacionada com a sua massa e a distância dessa massa do eixo de rotação. A ilustração clássica da inércia é uma figura patinadora a rodar sobre o gelo. Quando seus braços estão estendidos, uma parte de sua massa está longe do eixo de rotação, e por isso ela gira a uma velocidade relativamente lenta. Mas se ela puxa seus braços para perto de seu corpo, sua velocidade de giro aumenta, porque toda sua massa agora está próxima do eixo de rotação I = mr2 onde I = momento de inércia da massa (kg-m2 ou lb-ft2); m = massa (kg ou lb); e r = distância do eixo de rotação (m ou ft).
Notem que esta é uma equação geral para a inércia de uma massa pontual. Equações específicas estão disponíveis para várias formas, tais como cilindro oco, cilindro sólido, disco, etc.
Momentum: Massa em movimento
Momento, por outro lado, é o produto da massa e velocidade de um objecto, e é por vezes referido como “massa em movimento”. Enquanto uma mudança de forma – a distância da massa do eixo de rotação – altera a inércia de um sistema, o momento de um sistema não pode ser alterado a menos que uma força externa atue sobre ele. Este princípio é conhecido como a conservação do momento. O exemplo clássico de momento é um jogo de bilhar. Pense em uma bola em movimento, como a bola branca, colidindo com uma bola sem movimento. Se a bola tacadeira parar de se mover (v=0), o seu momento foi completamente transferido para a segunda bola. Se a colisão resultar em ambas as bolas em movimento, então o momento da bola branca é compartilhado pelas duas bolas.
A equação de momento para um sistema linear é simplesmente P = mv onde P = momento (kg-m/seg ou lb-ft/seg); m = massa (kg ou lb); e v = velocidade (m/s ou ft/seg).
Esta equação se correlaciona perfeitamente com a descrição anterior de momento como “massa em movimento”. Mas quando o movimento é rotacional, a distância da massa em relação ao eixo rotacional entra em jogo. Portanto, o momento angular é expresso como o produto da inércia rotacional e da velocidade angular: L = I ω onde L = momento angular (kg-m2/seg ou lb-ft2/seg); I = momento de inércia rotacional (kg-m2 ou lb-ft2); e ω = velocidade angular (rad/sec).
Para aplicações de movimento, a inércia é um fator importante nos cálculos de dimensionamento do motor. Se a inércia do motor for significativamente menor do que a inércia da carga ou do sistema, o motor terá dificuldade em conduzir e controlar a carga, e o tempo de resposta e ressonância serão elevados. Por outro lado, se a inércia do motor for muito maior que a da carga ou do sistema, então é provável que o motor esteja sobredimensionado, e o sistema será ineficiente.
Embora o momento não seja considerado diretamente ao dimensionar os componentes do movimento, seu efeito é evidente. Voltando ao exemplo da patinadora no gelo: é o princípio da conservação do momento angular que dita que a velocidade da patinadora deve aumentar quando seus braços são puxados para perto do corpo. Ao reduzir a sua inércia (I = mr2 onde r foi diminuído) a sua velocidade angular, ω, deve aumentar para que o momento angular se mantenha constante.