Colisões

INTRODUÇÃO

Em uma partida de bilhar, é muito provável que os jogadores não tenham ideia de que eles estão diante de um excelente laboratório de colisões. Durante a partida, as bolas colidem, trocam energia e alteram o sentido dos seus movimentos obedecendo a leis físicas que os jogadores talvez até já tenham estudado na sua vida escolar, mas nem se lembram delas.

Essas leis são de caráter geral e não se restringem ao jogo de bilhar: elas são válidas para qualquer tipo de colisão, como por exemplo, uma batida entre carros ou o choque de uma bolinha contra a raquete durante uma partida de tênis.

Vamos considerar dois corpos de massas mA e mB que se movem com velocidades VA e VB e sofrem, num determinado momento, colisão.

Os módulos das forças trocadas internamente, durante a colisão, são muito superiores aos módulos das forças externas (se existirem). Portanto, num choque, o sistema pode ser considerado mecanicamente isolado.

É natural que, para colidirem, dois corpos antes precisam se aproximar e - depois do choque - se afastar. Com isso, eles possuem uma velocidade relativa de aproximação e uma velocidade relativa de afastamento. Vamos considerar dois corpos, A e B, com movimentos na mesma direção, que sofrem colisão central e frontalmente.

Antes do choque

Após o choque

Observação: as velocidades devem ser colocadas na equação acima com seus respectivos sinais:

Coeficiente de restituição

Existem duas fases durante uma colisão: a deformação e a restituição. Quando dois corpos que colidem entram em contato, inicia-se a fase da deformação, que se encerra quando os dois corpos ficam em repouso entre si. Imediatamente depois, inicia-se a fase da restituição que irá terminar com a separação dos corpos. Vale a pena assinalar que nem sempre temos a restituição, ou seja, os corpos deformam e não voltam a sua forma original. Podemos tomar como exemplo as colisões entre automóveis.

Antes do choque, os corpos A e B se aproximam com velocidade:

Após o choque, os corpos A e B se afastam com velocidade:

O coeficiente de restituição de um choque é obtido pela razão entre as velocidades de afastamento e aproximação:

Tipos de choque

No choque entre dois corpos podem ocorrer perdas de energia em virtude do aquecimento, da deformação e do som provocados pelo impacto, porém, jamais haverá ganho de energia, portanto o módulo da velocidade de afastamento deve ser menor do que o módulo da velocidade de aproximação ou igual a ele.

a) Colisão inelástica ou plástica: é o tipo de choque que ocorre quando após a colisão, os corpos seguem juntos (com a mesma velocidade), logo temos:

No choque inelástico, a energia cinética do sistema, diminui, ou seja, parte da energia cinética inicial do sistema é transformada em outras formas de energia.

b) Choque parcialmente elástico: é o tipo de choque que ocorre quando, após a colisão, os corpos seguem separados (com velocidades diferentes), tendo o sistema uma perda de energia cinética, logo temos:

No choque parcialmente elástico, a energia cinética do sistema diminui.

c) Choque perfeitamente elástico: é o tipo de choque que ocorre quando, após a colisão, os corpos seguem separados (com velocidades diferentes), e o sistema não perde energia cinética, logo temos:

No choque perfeitamente elástico, a energia cinética do sistema permanece constante.

OBJETIVO

Estudar as colisões unidimensionais entre dois carrinhos sobre o trilho de ar, aprender a classificar colisões unidimensionais entre dois carrinhos, na ausência de atrito, além de verificar a validade do princípio da conservação do momento linear e da energia cinética.

MATERIAIS E MÉTODOS

Foram utilizados os seguintes materiais necessários:

Dois carrinhos

Trilho de ar

Compressor de fluxo de ar

Dois sensores óticos

Cronômetro Digital

Balança

Acessórios para simulação dos tipos de colisões: elástico, agulha, encaixe com massa de modelar

Métodos realizados no experimento:

Pesaram-se os dois carrinhos e os acessórios utilizados em cada tipo de colisão utilizando a balança;

Mediu-se a haste dos carrinhos com o auxílio do paquímetro;

Colocou-se o carinho 1 preso ao eletroímã com o sistema impulsor e o carinhos 2, adaptado para cada tipo de colisão desejada, entre os sensores óticos;

E manteve- se o carrinho 2 sempre parado(em repouso);

Registrou-se os tempos cronometrados ;

Analisou-se o tempo que cada carrinho representava;

Repetiu-se o experimento mais 4 vezes e anotou-se seus respectivos tempos;

Repetiu-se o procedimento 3, 4, 5, 6, 7 e adaptou-se os carrinhos de modo a reproduzir os tipos de colisões;

Anotou-se as suas incertezas de todos os instrumentos utilizados no experimento;

ESQUEMA DE APARELHAGEM:

RESULTADOS E DISCUSSÕES

O valor médio