LABORATÓRIO V – MOMENTO E COLISÕES

LABORATÓRIO V – MOMENTO E COLISÕES

Alvaro Furusho Garcia – Matrícula 2017018309

Lucas André Colombo Gewehr – Matrícula 2017005614

Resumo. A experiência foi efetuada em uma aula laboratorial de Física na Universidade Federal de Itajubá. Teve-se como foco analisar as colisões, fenômenos físicos que ocorrem muito rápido, tornando-se difícil a sua observação. Assim, é utilizado o conceito de quantidade de movimento para resolver a dificuldade.Com o objetivo de quantificar a quantidade de movimento neste experimento, foi-se usado dois carrinhos em um trilho de ar, juntamente com o uso de molas e imas, conseguimos simular colisões elásticas e inelásticas. Por fim, foram feitos 4 ensaios, analisando as diferentes massas e a variação da velocidade. Para que fosse possível a analise destes dados foram utilizados os softwares SciDAVis e Tracker. Os resultados obtidos experimentalmente foram semelhantes aos resultados esperados, porém com diferenças consideráveis devidas a múltiplos fatores como o comportamento das molas.

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1. INTRODUÇÃO

Dentro do amplo espectro de estudos da física, uma grande porção de esforços é concentrada no estudos de colisões e transferências de momento, e como elas se conservam através do movimento e peso dos corpos.

Impulso e momento linear são forças que estão diretamente relacionadas a colisões. De um modo geral, colisão é uma interação entre dois ou mais corpos, com mútua troca de quantidade de movimento e energia. O choque entre carros é um exemplo, o movimento se altera após a colisão, elas mudam a direção, o sentido e a intensidade de suas velocidades. [1]

As colisões perfeitamente inelásticas são aquelas onde não ocorre conservação de energia mecânica, mas somente quantidade de movimento. Após o choque ambos os corpos seguem juntos, como um único corpo com a massa igual à soma das massas de todos os corpos antes do choque. [2]

O uso do conceito físico de quantidade de movimento para análise destas interações rápidas é ideal, pois além de quantificar o estado cinemático do corpo, é uma grandeza conservada na ausência de forças externas, independentemente do tipo de colisão.

A fim de quantificar a quantidade de movimento em um sistema com duas peças metálicas com lastro, foram feitas quatro colisões e suas condições foram estudadas.

2.        MATERIAIS E MÉTODOS

2.1        Materiais

        Para a realização do experimento realizado foram necessários os seguintes materiais (imagem dos materiais podem ser encontradas na Figura 1):

1. Trilho de ar metálico com 2m de comprimento; faixa dinâmica {0,001...2,000} m e erro de 0,0005m;
2. Dois carrinhos metálico para o trilho;
3. Câmera de filmagem digital com amostragem mínima de 30 qps;
4. Duas molas para acoplar apenas de um lado de cada carrinho; com um ímã na extremidade do lado oposto
5. Suporte para inclinação da câmera;
6. Balança digital da marca da marca Electronic Balance; faixa dinâmica {1...5100}g e erro de 0,5g
7. Duas massas de 50g cada a serem acoplados nos carrinhos
8. Disco amarelo de marcação

        

        Além disso, houve o uso dos softwares “Tracker” e “SciDAVis”.

Figura 1- Materiais utilizados

[pic 1] [pic 2] [pic 3]

[pic 4]

2.2        Modelo Metodológico

                A princípio, para obter medidas mais precisas em relação ao tempo e o momento gerado pelos dois carrinhos, junto com o a balança eletrônica, foi necessário a medição da massa que seria encontrada no carrinho A e B durante os ensaios, certificando-se que o carrinho A tenha 100g de lastro. Logo após, com o trilho nivelado, os carrinhos foram recolocados no trilho de ar, posicionando o carrinho A no centro e o carrinho B em uma das extremidades de forma que as molas de ambos os carrinhos estejam apontadas uma para outra. Ao ligar o trilho de ar, foi-se necessário esperar até que o carrinho entrasse em equilíbrio. A partir disso, foi acionada a câmera certificando-se que estava na inclinação correta em relação à mesa.

                Em seguida, um dos integrantes impulsiona o carrinho B de forma a colidir com o carrinho A. O mesmo processo é repetido para os outros seguintes ensaios:

        Foram realizadas mais 3 ensaios: no segundo, os carrinhos colidiram pelas extremidades com mola, variando apenas o corpo que sofre o impulso, ou seja, na segunda colisão impulsionou-se o carrinho A mantendo o B parado no centro. Na terceira e quarta colisões fora-se realizado a mesma metodologia, alterando apenas as extremidades de colisão, passando a chocar os ímãs.

        A fim de se obter os dados, a câmera é retirada do suporte e suas filmagens são descarregadas no computador onde serão feitas as obtenções de dados e análises. Neste computador, foi feito o uso dos programas “Tracker” e “SciDAVis” para a manutenção de dados. A partir daí foram obtidos os gráficos de 1 a 12, que serão demonstrados nos itens a seguir.

2.3        Obtenção dos Dados

                Os dados obtidos através do experimento foram processados com a ajuda dos softwares Tracker e SciDAVis, dessa forma, foram plotados 8 gráficos referentes aos movimentos de cada corpo, e além disso obtiveram-se 16 ajustes lineares correspondentes, considerando-se os movimentos antes e depois da colisão. Serão apresentados os gráficos e por fim uma tabela com os ajustes lineares obtidos pela função linear y=ax+b.

[pic 5]

Gráfico 1 – relação entre posição e tempo do carrinho A durante o primeiro experimento

[pic 6]

Gráfico 2 – relação entre posição e tempo do carrinho B durante o primeiro experimento

[pic 7]

Gráfico 3 – relação entre posição e tempo do carrinho A durante o segundo experimento

[pic 8]

Gráfico 4 – relação entre posição e tempo do carrinho B durante o segundo experimento

[pic 9]

Gráfico 5 – relação entre posição e tempo do carrinho A durante o terceiro experimento

[pic 10]

Gráfico 6 – relação entre posição e tempo do carrinho B durante o terceiro experimento