ESTUDO DE COLISÕES COM AUXÍLIOS DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS DE VIDEOANÁLISE

ESTUDO DE COLISÕES COM AUXÍLIOS DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS DE VIDEOANÁLISE.

J.R COSTA1, M.B LAVOR2, P.A DOMINGO3

1 Univasf, [e-mail]

2 Univasf, [e-mail]

3 Univasf, [e-mail]

Resumo

 Nesta pesquisa foi analisada a física por trás das colisões e os eventos que acontecem durante tal fenômeno físico, podendo ser classificadas como colisões elásticas ou inelásticas, dependendo se a energia cinética é ou não conservada, respectivamente. Para analisar colisões, faz-se necessário definir uma nova variável dinâmica, a quantidade de movimento linear, momentum linear ou simplesmente momentum p de um corpo é definida como sendo o produto da sua massa pela sua velocidade deste corpo, i.e., p = mv. Se uma força externa atua sobre o sistema, uma variação no momento de um objeto deve ser observada. Como análise de dados foram feitos experimentos com a colisão de carros no trilho de ar (para ignorar o atrito entre os carros e os trilhos) e com esferas estudando sua colisão até o chão. 

Palavras-chave: Momento linear, colisão, força, velocidade, energia cinética.

Introdução

O objetivo deste artigo é estudar a física por trás das colisões, por definição, as colisões são eventos durante o qual duas partículas se aproximam uma da outra e interagem por meio de forças que não são necessariamente de contato. Para este estudo foram realizados dois experimentos com o objetivo de analisar as forças envolvidas durante as colisões quando ocorre contato entre as partículas.  

Fundamentação Teórica

Para o estudo de colisões precisamos entender quais as grandezas envolvidas durante esse evento. No primeiro experimento iremos analisar o momento linear, uma grandeza física vetorial obtida a partir do produto da massa do corpo por sua velocidade, ela é essencial para o estudo da transferência de movimento em sistemas com dois ou mais corpos. Se uma força externa atua sobre o sistema, uma variação no momento de um objeto deve ser observada. Neste primeiro experimento iremos investigar a mudança no momento durante a colisão de dois carrinhos em um trilho de ar.

No segundo experimento iremos estudar as grandezas envolvidas durante a colisão de duas esferas de diferentes tamanhos e materiais, com uma superfície sob as mesmas condições, faremos isso a partir do coeficiente de restituição que é definido pela razão entre velocidade relativa de aproximação, imediatamente antes da colisão, e a velocidade relativa de afastamento, imediatamente após a colisão. A partir desse coeficiente podemos observar se houve conservação total ou parcial da energia cinética e classificar as colisões em elásticas e inelásticas.    

Materiais e Métodos

 

Materiais usados:

Trilho de ar;

2 carrinhos;

Celular Smartphone;

Tripé de câmera;

Software Tracker;

O primeiro experimento consiste na utilização de dois carrinhos A e B que colidirem entre si sobre um trilho onde o atrito pode ser desprezado por causa da ação de um gerador de fluxo de ar, nele são realizados 5 testes em que os carrinhos colidem. O carrinho A se encontra posicionado à esquerda do trilho e o carrinho B posicionado à direita, inicialmente os carrinhos se encontram em repouso há uma distância de 60 centímetros um do outro, em seguida são aplicadas duas forças F1 e F2 , respectivamente, nos carrinhos A e B que variam durante os cinco testes. As forças aplicadas fazem os carrinhos se movimentarem e colidirem, todo o procedimento deve ser gravado pois será utilizado uma ferramenta computacional para analisar os dados coletados. Para saber qual carrinho tem maior velocidade após a aplicação das forças é necessário ver o ponto de impacto entre os carrinhos e se esse ponto de colisão encontra-se à esquerda ou à direita do centro da distância inicial entre eles, após verificar os 5 testes através do software tracker, tem-se noção da velocidade dos dois carrinhos a partir da observação feita em relação às posições dos carrinhos durante as colisões, desse modo obtemos informações sobre uma das grandezas necessárias para determinar o momento linear, a velocidade, outra grandeza a massa, é medida com o auxílio de uma balança após a colisão, o carrinho A possui uma massa 383,75 g, e o carrinho B possui uma massa de 382,45 g.  

 

       

Materiais usados:

Esfera de plástico oca;

Smartphone;

Esfera de borracha maciça;

Software Tracker;

O segundo experimento consiste na utilização de duas bolas 1 e 2 que colidirem contra chão, nele são realizados 3 testes, um teste para a bola 1, um teste para a bola 2 e um teste para a bola 1 e 2, e a bola 1 possui massa menor e diâmetro maior que a bola 2, a bola 1 é oca e de plástico e a bola 2 é maciça e de borracha. Nos testes as bolas encontram-se em repouso suspensas no ar há uma distância de 30 cm do chão, todo procedimento é gravado para utilizar a mesma ferramenta computacional citada anteriormente e analisar os dados coletados. Para saber qual das bolas 1 e 2 possuem maior velocidade, basta ver em quantos segundos elas atingem o chão, determinando através do tempo qual bola tem maior velocidade. O teste 1 faz o uso apenas da bola 1 e mostra que ela atinge o chão em um tempo de 0,265 segundos. O teste 2 faz uso apenas da bola 2 e mostra que ela atinge o chão em uma velocidade de 0,232 segundos. O teste 3 faz uma comparação entre as bolas 1 e 2, e mostra que a bola 1 atinge o chão em 0,199 segundos enquanto que a bola 2 atinge o chão em 0,232 segundos, mesmo sendo mais leve, ainda sim a bola 1 toca o chão ligeiramente mais rápido, a bola 1 possui uma massa de 3,89 g, e a bola 2 possui uma massa de 5,45 g. Após a coleta e a análise dos dados podemos estudar essas colisões utilizando o coeficiente de restituição.