Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim Arthur de Azevedo EXPERIMENTO 12

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1 Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim Arthur de Azevedo Roteiro para prática experimental EXPERIMENTO 12 Princípio de Conservação do Momento Linear e Colisões Disciplina: Física Experimental GRUPO DE TRABALHO: Estudante 1 (nome e R.A.) Estudante 2 (nome e R.A.) Estudante 3 (nome e R.A.) Estudante 4 (nome e R.A.) Agosto/2014 E8-1

2 EXPERIMENTO 12 PRINCÍPIO DE CONSEVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR E COLISÕES Equipamento: Rampa de lançamento com prumo, suporte de aço sobre-prumo, par de esferas iguais de aço de 10 mm de diâmetro. Acessórios: régua, transferidor, nível de bolha, folhas de papel sulfite, folhas de papel carbono, rolo de fita adesiva. 1. INTRODUÇÃO O Princípio de Conservação do Momento Linear é um dos principais fundamentos da física no tratamento da resolução de diversos problemas. Necessariamente sua aplicação exige que o sistema físico considerado tenha ação somente de forças internas. Como exemplo de sua aplicação e de sistemas que possuam a ação de forças internas podem ser citados: estudo do movimento foguetes; estudo de sistemas de anexação de corpos em movimento (ex.: locomotiva-trem) estudo de explosões estudo de colisões outros. Neste experimento o objetivo é aplicar o conceito do Princípio de Conservação do Momento Linear em eventos de colisões, mais especificamente, entre colisões de duas esferas de aço. Este princípio estabelece que: A atenção a ser tomada é que a soma é uma soma vetorial. A colisões podem ser classificadas como: (1) colisão elástica: a energia do sistema físico é conservada; colisão inelástica: a energia do sistema físico é parcialmente conservada; colisão perfeitamente inelástica: a energia do sistema físico não é conservada. E8-2

3 1. OBJETIVOS Verificar o princípio de conservação do momento linear. Estudar colisões. 2. PROCEDIMENTOS PARA MONTAGEM DO EXPERIMENTO Atividade I: verificação do princípio de conservação do momento linear. Observe atentamente a figura 1 que ilustra o equipamento para realização da experiência. O equipamento para a experiência deverá, ao final da montagem, ficar conforme mostrado. Para isso, siga as descrições abaixo acompanhando as figuras. Fig. 1 Montagem final da rampa de lançamento para estudo da quantidade de momento linear. Os procedimentos para a montagem podem ser acompanhados no apêndice. Descrição da montagem do experimento 1) Faça uma faixa com fita adesiva sobre a mesa, conforme figura 2, e risque uma linha sobre a fita adesiva. Esta linha será uma linha de referência. E8-3

4 Fig. 2 Marcação e definição linhas guia de posicionamento com fita adesiva. 2) Arranje o papel de coleta de dados unindo quatro folhas de sulfite. Desenhe uma reta no papel 5 cm da margem da folha (lado mais estreito) e sobre a reta marque o centro dela. Este ponto deverá indicar a posição de lançamento da esfera alvo e a linha será a linha do alvo (ver fig. 3(a)). Depois, desconte a distância entre o centro do suporte de prumo e a extremidade da rampa (ponto inicial de lançamento - marcado pelo centro da esfera projétil) (ver fig. 3(b)). Construa uma nova linha denominando-a de linha do projétil paralela a linha do alvo (fig. 3 (c)) Linha do projétil e posição inicial do projétil linha do alvo (a) (b) (c) Fig. 3 (a) Linha do alvo. (b) Medida da distância a ser descontada entre a linha do alvo e a linha do projétil. (c) Linha do projétil e sua posição inicial com a linha do alvo (a posição do alvo dependerá do parâmetro de impacto. 3) Fixe o papel de coleta de dados com fita adesiva sobre a bancada (ver figura 1 acima) com o prumo exatamente sobre o ponto inicial da linha do alvo. (Dica: a rampa de lançamento deve ficar com sua extremidade de saída exatamente na horizontal) 4) Defina uma altura de lançamento indicada na rampa de lançamento. Esta altura será de onde deverão ser efetuados todos os lançamentos (ver detalhe na figura 4). E8-4

5 Fig. 4 Altura definida para realização dos lançamentos. 5) Suavemente desloque o suporte de prumo provocando um pequeno desvio da frente da rampa (ver fig.5). Este desvio (ou distância) é denominado de parâmetro de impacto. Auxiliado pelo prumo repita esse processo deslocando cada vez mais o suporte de prumo a fim de definir outros cinco pontos (ou cinco parâmetros de impacto). Cuide apenas para que o último ponto permita ainda a colisão, mesmo que de raspão, das esferas. Traçe linhas perpendiculares a linha do alvo partindo do ponto de impacto e identifique, ordenadamente, os parâmetro de impacto; exemplo: 1, 2,3 4 e 5 (ver figura ). (a) (b) (c) Fig. 5 (a) situação onde o parâmetro de impacto é zero, (b) deslocamento suave para parâmetro de impacto diferente de zero e (c) posições iniciais do alvo para cada parâmetro de impacto. E8-5

6 3. EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO: Lançamentos 6) Desloque suavemente o suporte de prumo da frente da rampa para caracterizar o lançamento sem colisão (ver fig. 6) Fig. 6 Ilustração de recolhimento do suporte de prumo para de efetuar o lançamento sem colisão. 7) Execute um lançamento e observe o ponto de impacto da esfera. Após, coloque o papel carbono sobre a região de impacto a fim de permitir que fique carimbada a posição do impacto e, então, execute cinco lançamentos (ver figura 1). 8) Faça um círculo envolvendo juntamente todas as marcações para estimar uma região de impacto e, então, defina um ponto médio de impacto. Trace um vetor desde o ponto indicado na linha do projétil até o ponto médio do impacto. (Obs.: este vetor deverá passar sobre a reta pontilhada desenhada anteriormente). (ver figura 7) Fig. 7 Conjunto de marcações de impacto e o círculo definindo a região provável de impacto. A ponta do vetor ilustra o ponto médio provável. 9) Encontre o ponto médio deste vetor e marque-o como CM f. Este ponto será para indicar posição final do centro de massa do sistema físico (esferas). E8-6

7 10) Desloque o suporte de prumo para um determinado parâmetro de impacto. Posicione a esfera alvo sobre o suporte de prumo e com a outra esfera execute o lançamento da altura já definida pelo lançamento sem colisão. Cuide para que as esferas não quiquem e assim façam marcações a mais. 11) Após os cinco lançamentos observe as marcações das esferas e faça um círculo ao redor delas definindo uma região provável de impacto e determine o ponto médio do círculo. Identifique cada conjunto de marcação pelo parâmetro de impacto correspondente. Exemplo: P 1 e A 1, correspondem ao conjunto de marcações do projétil e do alvo para o parâmetro de impacto 1, respectivamente. 12) Desenhe um vetor para o projétil (saindo a linha do projétil) e um vetor para o alvo (saindo da linha do alvo) e identifique-os. 13) Repita todo o processo para cada parâmetro de impacto. 4. VERIFICAÇÃO DO PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR 1. Defina os eixos x e y no plano da folha. Escolha o eixo y paralelo à linha do alvo. 2. Faça a decomposição dos vetores: PROJÉTIL: a componente x perpendicular à linha do alvo deve iniciar na linha do projétil e a componente y, paralela à linha do alvo, deve iniciar vetor momento linear inicial. ALVO: a componente x perpendicular à linha do alvo deve iniciar na linha do alvo e a componente y, paralela à linha do alvo, deve iniciar na linha do parâmetro de impacto correspondente. 3. Considere o raio do círculo do conjunto de marcações como sendo a incerteza provável dos dados. Constatação: utilize uma régua e faça as medidas constatando o princípio de conservação do momento linear meça as componentes vetoriais x do pojétil e do alvo correspondente ao mesmo parâmetro de impacto e verifique que a soma delas é o vetor momento linear inicial. meça as componentes vetoriais y e verifique que a soma delas é um vetor nulo já que o vetor momento linear inicial não está nesta direção. E8-7

8 Argumente a respeito dos resultados obtidos quanto aos resultados esperados. 5. VERIFICAÇÃO DO PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DO CENTRO DE MASSA DO SISTEMA. Traçe vetores (cor distinta da já utilizada anteriormente) a partir do centro de massa CM f marcado incialmente até os pontos médios. Constatação: utilize uma régua e meça o comprimento desses vetores constatando o tamanho para todos indicando que a velocidade dos corpos (esferas) são iguais com o referencial no centro de massa. Argumente a respeito dos resultados obtidos quanto aos resultados esperados. APÊNDICE A figura abaixo mostra o resultado final na folha de coleta de dados. E8-8