Colisão

Colisões

Resumo

Neste trabalho vamos demonstrar as características das colisões, com base numa experiência realizada no laboratório de física, e, também evidenciaremos o pesquisador do movimento. Analisaremos atreves dos dados experimentais a energia

cinética (K) antes e depois da colisão, o momento linear (p) antes e

depois da colisão; e verificaremos se existe conservação de energia cinética e potencial. Esse relatório tem como objetivo comprovar a existência de dois tipos de colisões, as suas diferenças e aplicações.

Introdução

A colisão é um evento isolado, no qual dois ou mais corpos em movimento exercem forças relativamente fortes entre si, e a mesma quando atua sobre o corpo tem curta direção, módulo elevado e muda bruscamente o momento do corpo [3]. A energia cinética está associada à velocidade do corpo e à sua massa, e, se a energia cinética total não for alterada pela colisão, a energia cinética do sistema é conservada (é a mesma antes e depois da colisão), este tipo de colisão é chamado de colisão elástica. Nas colisões entre corpos comuns, que acontecem no dia-a-dia, como entre dois carros ou entre uma bola e um taco, parte da energia é sempre transferida de energia cinética para outras formas de energia, como a energia térmica e a energia sonora. Isso significa que a energia cinética não é conservada, portanto esse tipo de colisão é chamado de colisão inelástica.

Teoria

Para um melhor entendimento vamos ver alguns conceitos:

1. Forças internas: Interação de dois componentes do sistema;

2. Forças externas: Interação de um componente do sistema com corpos que não sejam do sistema.

Durante as colisões os corpos trocam forças muito intensas que podem provocar deformações. Essas forças recebem o nome de forças impulsivas, e são forças internas em relação ao sistema constituído pelos corpos que realizam o choque. Mesmo quando existem forças externas agindo durante o choque, os impulsos dessas forças são desprezíveis, pois o intervalo de tempo de uma colisão é extremamente pequeno, porém, a energia que um corpo possui em virtude de seu movimento é denominada energia cinética e a mesma está associada à velocidade do corpo e à sua massa [1]. Em vista disto, percebemos que colisão está intimamente ligada à terceira lei de Newton, ou seja, lei da ação e reação e para comprovação pegaremos um exemplo:

Duas pessoas vêm caminhando pela rua em sentido contrário quando, inadvertidamente, esbarram uma na outra, o impacto provocado pelo esbarrão é sentido pelas duas pessoas. Esse exemplo mostra que, toda vez que um corpo age sobre outro, esse corpo sofre, imediatamente, a ação do outro, esta ação de um corpo sobre outro se chama interação. Observando as forças que aparecem na interação de dois corpos, Newton chegou à conclusão de que é impossível a existência de uma força única, isolada, o que existe é par de forças, que são chamadas indiferentemente de ação e reação, uma não existe sem a outra; A partir desse fato, ele formulou sua terceira lei – O principio da ação e reação- cujo enunciado é o seguinte:

“Se um corpo A aplica a um corpo B uma força FAB, o corpo B aplica ao corpo A uma força FBA, de mesmo módulo e mesma direção, mas com sentido oposto”. [1]

Assim, notamos que num sistema em que só atuam forças internas, a quantidade de movimento se conserva. É o caso, por exemplo, do sistema formado por duas bolas de bilhas que se chocam durante o jogo. Portanto todo corpo em movimento possui energia cinética. Partindo disso vamos analisar a energia cinética de um sistema em que só atuam forças internas, após a interação entre dois corpos.

- Choques perfeitamente elásticos

A figura abaixo mostra duas bolas de bilhas em movimento durante um jogo, sofrendo um choque frontal:

No momento da interação, a bola 1(azul) exerce uma ação sobre a bola 2(vermelha), obrigando-a a aumentar sua velocidade, já que essa ação é exercida no sentido contrário do movimento. A bola 2, por sua vez, exerce uma reação sobre a bola 1, fazendo com que sua velocidade se reduza (a reação atua sempre em sentido contrário ao movimento), por isso após o choque, a velocidade da bola 2 será maior que a bola 1. Assim, quando dois corpos se chocam e, após a interação, cada corpo se move com sua velocidade própria, dizemos que houve um choque perfeitamente elástico.

As características do choque elástico são:

A quantidade de movimento do sistema antes do choque é exatamente igual à quantidade de movimento do sistema depois do choque, embora as partes desse sistema tenham variado suas quantidades de movimento;

A energia cinética do sistema antes do choque é exatamente igual à energia cinética do sistema depois do choque, embora as partes tenham variado suas energias cinéticas.

E o choque inelástico apresenta as seguintes características:

A quantidade de movimento do sistema antes do choque é exatamente igual à sua quantidade de movimento depois do choque embora as partes do sistema tenham variado sua quantidade de movimento isoladamente;

A energia cinética do sistema antes do choque é maior que sua energia cinética depois do choque. Nesta interação, parte da energia cinética se transforma em outras formas de energia, como calor, som, etc.

- Pegaremos como exemplo a seguinte situação:

Um carrinho de rolimã está se deslocando sobre o asfalto de uma rua. Num determinado momento, um menino vem correndo, salta sobre o carrinho e os dois passam a se mover juntos. Quando o menino salta sobre o carrinho, exerce sobre ele uma ação (para frente), fazendo aumentar sua velocidade. O carrinho, por sua vez, exerce uma ração sobre o menino, diminuindo sua velocidade original. Contudo, após a interação, carrinho e menino passam a constituir um único bloco, que se move para frente, com uma única velocidade. Dizemos, neste caso, que houve um choque inelástico entre o carrinho e o menino.

Segundo [2] momento linear de uma partícula é um vetor p definido através da equação p= m.v, onde m é a massa da partícula e v a sua velocidade. Newton formulou a sua segunda lei em termos de movimento; pois a taxa de variação de um momento de uma partícula é proporcional à resultante