2.1 Colisões Unidimensionais - Choque Elástico

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1 Colisões Unidimensionais - Choque Elástico Material Necessário 01 trilho de ar 120 cm com polia no fim do curso; 02 carrinho para trilho de ar; 02 bandeiras para carrinho para interrupção de sensor; 01 cronômetro digital multifunções; 02 sensores fotoelétricos com suporte fixador; 02 contrapesos para carrinhos. 01 pino com massa; 01 pino com agulha 01 unidade de fluxo de ar; 01 rolo de barbante; 04 discos de prova; 03 Y de fim de curso; 03 elástico para fim de curso e impulsão; Objetivo Descobrir quais as condições necessárias para haver conservação do momento linear e da energia cinética em colisões unidimensionais. Estudar diferentes formas de organizar e tratar os dados coletados, afim de obter resultados mais robustos Procedimentos 1. Montar o equipamento como na figura,

2 2.1. COLISÕES UNIDIMENSIONAIS - CHOQUE ELÁSTICO 45 posicionando os sensores aproximadamente no centro do trilho e a cerca de cm um do outro, não é necessário tomar essa medida com precisão. Na extremidade em que vemos a polia fixar o Y de final de curso com elástico. 2. Preparar um carrinho com Y s e elásticos para choque, carrinho 1. Prepare o outro carrinho sem os Y s, carrinho 2. Fixar uma bandeira no topo de cada carrinho. 3. Coloque o carrinho sem Y s no centro do trilho de ar, nivelar de tal forma que ele fique parado. 4. Encaixe os plugues dos sensores de tal forma que o sensor mais afastado do Y de fim de curso seja ligado ao borne S1 e o mais próximo seja ligado ao borne S2. Selecionar a forma de medida F3 do cronômetro. 5. Coloque o carrinho 1 no espaço entre o sensor S 1 e o início do curso do trilho. Posicione o carrinho 2 entre os sensores, necessariamente mais próximo do sensor S 2. Dê impulso ao carrinho 1, movimentando-o para se chocar com o carrinho 2. Quando o carrinho 1 passar pelo sensor S 1 o cronômetro é acionado e vai medir um intervalo de tempo correspondente ao deslocamento da bandeira sobre o carrinho 1, X 1. A seguir o carrinho 1 chocar-se com o carrinho 2, que provavelmente estará em repouso (V 2 = 0). O carrinho 2 se movimentará e passará pelo sensor S 2 e o cronômetro será acionado e irá medir um intervalo de tempo correspondente ao deslocamento da bandeira sobre o carrinho 2, X 2. Esses tempos são mostrados intermitentemente pelo cronometro. Fique atento para interceptar o carrinho 1 caso ele recue muito rapidamente para o início do trilho de ar após a colisão. 6. Anote os tempos medidos pelo cronômetro, retire a bandeira de cada carrinho e messa seus comprimentos. Para incerteza do tempo (Δt), usar 2% do valor medido + 2 dígitos

3 46 (2 Resolução). Discuta qual o valor de incerteza deve ser utilizado para a medida do comprimento da bandeira, dado a situação em que esta é utilizada. X 1 = ( ± ) cm X 2 = ( ± ) cm T 1 = ( ± ) s T 2 = ( ± ) s 7. Recoloque as bandeiras e meça a massa dos carrinhos. M 1 = ( ± ) kg M 2 = ( ± ) kg 8. Calcule a velocidade desenvolvida pelo primeiro carrinho antes do choque e a velocidade desenvolvida pelo segunda carrinho depois do choque. V 1 = ( ± ) cm s V 2 = ( ± ) cm s Por simplicidade, faça com que o carrinho 2 esteja sempre parado antes da colisão e considere que o carrinho 1 sempre para depois de colidir (ainda que isso nem sempre seja verdade); 9. Calcule a quantidade de movimento (Q = m v) de cada carrinho antes e depois do choque. Q 1A, Q 2A, Q 1D, Q 2D. 10. Calcule a energia cinética (E = 1 2 m v2 ) de cada carrinho antes e depois do choque. E 1A, E 2A, E 1D, E 2D. 11. Calcule a quantidade de movimento e energia cinética total do sistema antes e depois do choque. Q SA = Q 1A + Q 2A, Q SD = Q 1D + Q 2D, E SA = E 1A + E 2A, E SD = E 1A + E 2A. Calcule também as razões, Q SA Q SD = ( ± ) E SA E SD = ( ± ) Preencha com o que for pertinente primeira linha das tabelas 1 e 2.

4 2.1. COLISÕES UNIDIMENSIONAIS - CHOQUE ELÁSTICO 47 N T 1 (s) T 2 (s) M 1 (kg) M 2 (kg) 1 Q SA Q SD Q SA QSA Q SD Q SD E SA E SD E SA ESA E SD E SD M Tabela 1 M =Valor Médio da grandeza discriminada na coluna; 12. Repita os itens 5 até 7, até preencher totalmente as primeiras colunas da tabela 1. Durante o processo varie as massas de cada carrinho, para isso use diferentes configurações de massa distribuindo-as entre os dois carrinho, devem existir medias onde o carrinho 1 tem maior massa em quantidade aproximadamente igual as medidas em que o carrinho 2 tem maior massa. Varie também o impulso inicial. Não há necessidade de repetir as medidas de comprimento das bandeiras. 13. Repita os itens 8 até 11, completando a tabela 2 e as colunas restantes da tabela 1;

5 48 N Q SA ( ) σ QSA ( ) Q SD ( ) σ QSD ( ) E SA ( ) σ ESA ( ) E SD ( ) σ ESD ( ) Tabela Construa dois gráficos usando os dados da tabela 2, um envolvendo as quantidades Q SA e Q SD e outro com E SA e E SD. Em ambos, você deve sinalizar cada ponto com sua incerteza. Caso o gráfico seja uma reta, calcule também o coeficiente angular Pontos para discussão 1. Mostre teoricamente que o momento linear e a energia cinética se conservam; 2. Disserte sobre a exatidão de atribuirmos zero para a velocidade do carrinho 1 após o choque. E qual a influência dessa atribuição para uma medida individual e para muitas medidas feitas com distribuições diversas de massa; 3. Interprete fisicamente a ultima linha da tabela 1;

6 2.1. COLISÕES UNIDIMENSIONAIS - CHOQUE ELÁSTICO Interprete fisicamente o coeficiente angular dos gráficos do item 14; 5. Compare os valores obtidos no item 11, na ultima linha da tabela 1 e o coeficiente angular do gráfico. Discuta em particular a qualidade de cada uma dessas medidas indiretas, quais são mais precisas, quais mais confiáveis e quais mais facilmente interpretadas; 6. Verifique se o que foi obtido experimentalmente está em acordo com a teoria, a luz dos resultados numéricos e suas incertezas. 7. Discuta quais os fatores podem influenciar nos resultados experimentais desse experimento. Em particular no que tange a colisão entre corpos de massas muito diferentes.

7 50 Folha de Dados Extra - Experimento de Colisões Elásticas Anexar ao pré relatório: Medida da bandeira sobre cada carrinho; X 1 = ( ± ) cm X 2 = ( ± ) cm Tabela com a relação entre massas e tempos para cada colisão. N T 1 (s) T 2 (s) M 1 (kg) M 2 (kg)