AS COLISÕES NA ENGENHARIA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS-UFAL

CENTRO DE TECNOLOGIA-CTEC

ENGENHARIA QUÍMICA

COLISÕES

CARLOS EDUARDO NUNES DE OLIVEIRA

PEDRO VINICIUS CORREIA DA COSTA

                                                 

MACEIÓ- AL

                     SETEMBRO DE 2021

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS-UFAL

CENTRO DE TECNOLOGIA-CTEC

ENGENHARIA QUÍMICA

COLISÕES

                                      Relatório do experimento colisões realizado sob                 orientação do professor Wandearley da Silva Dias, como requisito avaliativo da disciplina física experimental 1.

MACEIÓ-AL

SETEMBRO DE 2021

Sumário

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA        3

OBJETIVOS        6

MATERIAIS        7

PROCEDIMENTOS UTILIZADOS        8

RESULTADOS E DISCUSSÕES        10

CONCLUSÃO        16

REFERÊNCIA        17

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A partir das análises que serão descritas logo em seguida sobre o experimento, é importante salientar do que se trata o tema colisões. Colisão em física, significa uma interação entre dois corpos cuja duração é extremamente curta na escala de tempo humana e onde há troca de momento linear de energia. Um bom exemplo de colisão é a criação da aurora boreal, onde as partículas carregadas do vento solar são aceleradas pelas linhas de campo magnético terrestre e acabam se colidindo com as moléculas da atmosfera, ganhando energia interna e posteriormente ao perder essa energia, acabam emitindo luz. Como a colisão está associada ao movimento de um corpo de massa (m), define-se momento linear (P) de um corpo, como sendo o produto da massa do mesmo pela sua velocidade:

[pic 1]

(1)

Onde  é a velocidade da partícula. De acordo com Isaac Newton o momento linear de uma partícula representa uma espécie de "quantidade de movimento"e é útil para formalizar a 2° lei do movimento mecânico, conforme a seguinte expressão:[pic 2]

[pic 3]

(2)

Para uma colisão unidimensional de dois corpos de massas m1 e m2, cujas velocidades antes e depois da colisão são v1i, v2i e v1f, v2f, respectivamente, a Eq.3 fornece:

[pic 4]

(3)

Se não houver forças externas, o momento linear total não varia durante o processo de colisão. As forças impulsivas que atuam na colisão são forças internas que não influenciam na conservação do momento linear total do sistema. Embora o momento linear total seja sempre conservado durante uma colisão, a energia cinética K pode ou não ser conservada. As colisões podem ser classificadas conforme a conservação, ou não, da energia cinética. Se a energia cinética é conservada, a colisão é dita colisão elástica. Em caso contrário, a colisão é dita colisão inelástica. Colisões entre corpos macroscópicos são geralmente inelásticas. Entretanto, muitas vezes, podem ser tratadas como se fossem aproximadamente elásticas. Quando os dois corpos permanecem juntos após a colisão, a colisão é dita colisão perfeitamente inelástica. A expressão "perfeitamente inelástica “não significa que toda energia cinética inicial se perca, mas sim que a perda é a maior possível e compatível com a conservação do momento linear. Exemplificando, têm-se as figuras 1 e 2.

Figura 1 – Colisão elástica

[pic 5]

Autor: Jaqueline Teixeira (2018).

Figura 2 – colisão inelástica.

[pic 6]

Autor: Jaqueline Teixeira (2018)

A Eq.4, corresponde ao princípio da conservação e quantidade de movimento, portanto é válida nas colisões elásticas e inelásticas. Sabendo disso, a partir de um caso da colisão elástica unidimensional de dois corpos de massas m1 e m2, cujas velocidades antes e depois da colisão são v1i, v2i e v1f, v2f, respectivamente. Com isso, além da conservação do momento linear, a energia cinética também se conserva, isto é:

[pic 7]

(4)

Para colisões elásticas em uma dimensão em que duas partículas de massa m1 e m2 colidindo frontalmente. A partícula m1 tem velocidade inicial v1i e a partícula m2 está inicialmente parada (v2i=0). As seguintes equações descrevem as velocidades finais de cada partícula após a colisão:

[pic 8] [pic 9]

(5)

Se a colisão é inelástica então, por definição, a energia cinética não se conserva. A energia cinética final deve ser menor do que seu valor inicial e a diferença é convertida, por exemplo, em calor ou em energia potencial de deformação. Também, a energia cinética final pode exceder a inicial, quando uma determinada energia potencial for liberada durante a colisão. Em qualquer caso, a conservação do momento linear e da energia total ainda serão mantidas. O balanço de energia durante uma colisão nos casos de energia inelástica pode ser dado por: