Relatório de Física Experimental- Colisões

1. Introdução

O presente relatório aborda temas concernentes a lei das colisões, propriamente sobre colisões elásticas e inelásticas. Na fundamentação teórica do relatório foi feita uma abordagem sobre colisões e sua classificação, conservação de energia cinética e momento linear, coeficiente de restituição e também uma explicação sobre os métodos e fórmulas utilizadas na experiência. Na fundamentação prática foram aplicados os métodos e fórmulas explicadas na fundamentação teórica para verificar a conservação ou não do momento linear e da energia cinética nas colisões elástica e inelásticas.

1. Objectivos

• Montar e ajustar uma experiência de mecânica minimizando os efeitos de atrito;
• Medir velocidades de corpos antes e depois de choques reais utilizando barreiras de luz;
• Verificar as leis de conservação da energia e do momento linear nos choques elásticos e inelásticos utilizando os resultados experimentais obtidos.

1. Fundamentação Teórica

Colisões

Uma colisão é um evento isolado no qual dois ou mais corpos exercem uns sobre os outros forças relativamente elevadas por um tempo relativamente curto. Em uma colisão, a força exercida sobre o corpo é de curta direcção, tem um módulo elevado e muda bruscamente o momento do corpo.

No dia-a-dia dizemos que uma colisão é um choque, o contacto de dois ou mais corpos. Ex.: acidente de automóveis… contudo, não necessariamente há contacto entre os corpos para haver uma colisão. Por isso, assumimos que a colisão é uma interacção entre partículas.

Classificação das colisões

 Dependendo da elasticidade dos corpos envolvidos, podemos classificar uma colisão em um dos três tipos seguintes:

1. Colisão Inelástica;
2. Colisão perfeitamente Inelástica ou Plástico;
3. Colisão Elástica;

Colisões Elásticas

Chama-se colisão elástica ou choque elástico a uma colisão entre dois ou mais corpos na qual estes não sofrem deformações permanentes durante o impacto. Numa colisão elástica conservam-se tanto o momento linear como a energia cinética do sistema, e não há intercâmbio de massa entre os corpos, que se separam depois da colisão.

[pic 1]

Conservação da energia cinética:      [pic 2]                                 (1)                                

                                        ⇔  [pic 3]                            (2)

                                      ⇔        [pic 4]                               (3)

Conservação do momento linear:     [pic 5]                                         (4)

                                    ⇔        [pic 6]                                 (5)

                                    ⇔         [pic 7]                                 (6)

   (3) : (6)                     ⇒                 [pic 8]

                                    ⇔                 [pic 9]                                         (7)

⇒  A velocidade relativa dos dois corpos depois do choque é igual à velocidade relativa antes do choque.      

                      (5) ˄ (7) ⇒       [pic 10]                               (8)

                                               [pic 11]                               (9)

Nesta experiencia, a massa m2 está inicialmente (antes do choque) em repouso, ou seja v2 = 0 nas equações (8) e (9).                                      

Mais ainda, das equações (8) e (9) neste caso, com v2 = 0 obtemos:

                           (8) ⇒     [pic 12]  [pic 13]

                                     [pic 14][pic 15]

Por tanto, p1’+ p2’ = p1, quer dizer, conserva-se o momento linear.

A energia cinética pode ser calculada utilizando a equação

  [pic 16]     [pic 17]                        [pic 18][pic 19][pic 20]

Daí verifica-se que E’1 + E’2 = E1, quer dizer, conserva-se a energia cinética.

Colisões Inelásticas

São aquelas em que não há elasticidade na colisão ou seja, a energia cinética do sistema não é conservada e resulta em um aumento da energia interna e consequentemente na deformação dos corpos. Apesar de não haver conservação de energia cinética, o sistema ainda sim obedecerá ao princípio da conservação do momento linear.

Colisões Perfeitamente Inelásticas

Os choques perfeitamente inelásticos ocorrem quando há perda máxima de energia cinética no impacto. Nestas colisões o coeficiente de restituição, a velocidade e afastamento dos corpos são iguais a zero, o que equivale a dizer que, após o impacto, os corpos permanecerão unidos.

Nesta experiência, os dois carrinhos ficam colados juntos depois dos choques.Por isso as velocidades v´1 e v´2 são iguais. O corpo da massa m2 está, como no choque elástico, inicialmente em repouso. Por tanto: