A.L.1.4 COLISÕES FÍSICA 12.ºANO BREVE INTRODUÇÃO

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1 A.L.1.4 COLISÕES FÍSICA 12.ºANO BREVE INTRODUÇÃO As colisões estão presentes no dia-a-dia e em todas as escalas espaciais: as estrelas e as galáxias podem chocar, assim como as partículas elementares nos aceleradores de partículas. É, aliás, do resultado destas colisões que extraímos grande parte da informação sobre os constituintes da matéria. Nas colisões há conservação do momento linear. Pretende-se com este trabalho que o aluno verifique experimentalmente a conservação do momento linear em colisões, a variação de energia cinética em colisões inelásticas e determine um coeficiente de restituição. OBJECTIVOS Distinguir colisões elásticas, inelásticas e perfeitamente inelásticas. Identificar as forças que actuam nos corpos antes, durante e após a colisão. Aplicar a Terceira Lei de Newton ao sistema durante a colisão. Reconhecer que o momento linear de um sistema de dois corpos se mantém constante quando a resultante das forças exteriores é nula. Reconhecer que há variação da energia cinética numa colisão perfeitamente inelástica. Calcular o coeficiente de restituição numa colisão. 1

2 TRABALHO LABORATORIAL MATERIAL E EQUIPAMENTO (POR GRUPO) 2 carrinhos com rodas com pouco atrito calha ou calha de ar 2 células fotoeléctricas ou 2 sensores de posição (sonar) relógio digital (ou computador ou calculadora gráfica e respectivo software). PROCEDIMENTOS I VERIFICAÇÃO DA CONSERVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR E MEDIÇÃO DA VARIAÇÃO DA ENERGIA CINÉTICA DO SISTEMA NA COLISÃO 1. Fazer um carrinho, colocado sobre uma calha na horizontal, passar por uma primeira célula fotoeléctrica, indo colidir com outro, parado entre a primeira célula e uma segunda célula fotoeléctrica, numa colisão perfeitamente inelástica. 2. Determinar o momento linear do sistema antes e após a colisão e a energia cinética do sistema antes e após a colisão. 2

3 3. Verificar se há ou não conservação das grandezas referidas quando se faz variar a massa dos carrinhos. 3

4 II - DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE RESTITUIÇÃO 1. Com a calha na horizontal, lança-se um carrinho com uma ponteira elástica (ou magnete), que vai chocar com a extremidade da calha onde se colocou também uma ponteira elástica (ou magnete). 2. Com uma célula fotoeléctrica pode medir-se a velocidade antes e após a colisão. 3. Faz-se a experiência para vários lançamentos, de modo a construir um gráfico que relacione essas duas velocidades e permita calcular o coeficiente de restituição. 4

5 REGISTO E TRATAMENTO DE DADOS CHOQUE PERFEITAMENTE INELÁSTICO Largura do pin = 2 cm Após o choque os carrinhos deslocaram-se juntos. m 1 (kg) m 2 (kg) t (s) t' (s) v (ms -1 ) v' (ms -1 ) p i (kg ms -1 ) p f (kg ms -1 ) Eci (J) Ecf (J) DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A realização deste trabalho, permitiu aos alunos visualizarem colisões de vários tipos: elásticas, inelásticas e perfeitamente inelásticas. Por limitações de equipamento, foi apenas possível realizar quantitativamente a primeira parte do protocolo, tendo-se comprovado que se tratava de uma colisão perfeitamente inelástica. Na verdade, como em qualquer colisão, verifica-se que há conservação do momento linear, sendo pi=pf (note-se que as pequenas variações são devidas a erros experimentais). No entanto, no que respeita à energia cinética, não há conservação da mesma como acontece nas colisões elásticas. Antes, a energia cinética diminui após a colisão, e dado a diminuição ser tão acentuada, podemos dizer que se trata de uma colisão perfeitamente inelástica. Não foi possível determinar o coeficiente de restituição, por não se ter realizado a segunda pate do protocolo. 5

6 CONSIDERAÇÕES 1. Deveria ter-se realizado, na parte 1 do protocolo, a determinação da velocidade quando se fez variar a massa do 2º carrinho. BIBLIOGRAFIA Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., & Paixão, J. A. (2009). 12 F - Física - 12.º ano. Lisboa: Texto Editores, Lda. Fiolhais, M., & al., e. (2004). Programa de Física, 12º ano. Ministério da Educação. 6