Experimento 1: Colisões

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1 Experimento : Colisões Objetivo Verificar a Conservação Quantidade de Movimento Linear e a Conservação da Energia. a) A conservação do momento linear e da energia cinética numa colisão unidimensional. b) A conservação do momento linear e da energia cinética numa colisão bidimensional. c) Em ambos os casos, verificar se a colisão e elástica ou inelástica. Conservação da Quantidade de Movimento Linear Se a soma das forças externas agindo sobre uma partícula (ou sistema de partículas) é nula, então o momento linear se conserva. Conservação da Energia Uma força é conservativa se não realiza nenhum trabalho resultante sobre um objeto numa trajetória fechada. Ex.: conservativa: força da gravidade (subida e descida de uma bola), não conservativa: o mesmo caso mas com atrito do ar, por ex. Um sistema conservativo é aquele em que somente forças conservativas (não dissipativas) realizam trabalho sobre o objeto. A energia total de um sistema se conserva na ausência de forças dissipativas. Colisões Elástica: conserva a energia cinética e o momento. Inelástica: O momento linear se conserva e a energia cinética após a colisão é menor que a inicial. Dissipa-se energia. Se a colisão é completamente inelástica as partículas grudam e dissipa-se o máximo de energia.

2 Montagem Experimental Parte A: Colisão unidimensional. Cronômetros na posição gate medem o tempo de passagem das bandeirolas, que permite determinar a velocidade instantánea dos flutuadores..3 m Bandeirola sem elástico Bandeirola com elástico Bandeirola Lançar contra m com velocidade v i. O trilho deve estar nivelado e o compressor na posição 4 Figura : esquema de montagem do experimento. Procedimento: Seguindo a montagem da Figura, lance o flutuador contra o flutuador, em baixa velocidade, mas suficiente para o flutuador voltar. O flutuador deverá estar inicialmente em repouso. O experimento deverá ser efetuado inicialmente sem colocar massas adicionais no flutuador, nesse caso o momento do flutuador deverá ser completamente transferido ao flutuador após a colisão. Em seguida, deverão ser adicionadas ao flutuador as massas: 4, 6, 8,,, 4g. Meça os tempos de passagem das bandeirolas pelos cronômetros antes e depois da colisão. Com os tempos determine as velocidades instantâneas dos flutuadores. Meça as massas dos flutuadores com bandeirolas e elásticos. Faça uma tabela com as velocidades iniciais e finais para cada flutuador e calcule as energias e os momentos lineares. Verifique se houve conservação do momento e da energia cinética. Repita o experimento anterior para o caso em que o flutuador esta com 4gr adicionais e em lugar de lançar o flutuador contra o, lance o contra o. OBS: A velocidade inicial do flutuador deverá ser suficientemente grande como para que este possa voltar e passar novamente pelo cronômetro após a colisão.

3 Recomenda-se realizar o experimento uma única vez devido a que é difícil soltar o flutuador sempre com a mesma velocidade e, portanto, uma fonte de erro considerável. m m t i v i v i t f v f t f v f Tabela Parte A: m i são as massas dos flutuadores, t i os tempos de passagem pelo cronômetro e v i, as velocidades instantâneas de cada flutuador. 3

4 Montagem Experimental Parte B: Colisão bidimensional. Canhão na posição horizontal h (Medida a partir da base da boca do canhão) X Figura : Vista lateral. Esquema de montagem do canhão de lançamento de projéteis Papel carbono para determinar o ponto de impacto da bola Suporte y Cartolina Branca (fixar firmemente) S q q x Canhão S Figura 3: Vista de cima. Montagem do canhão, cartolina e papel carbono. Deverão ser medidas as distâncias S i e ângulos q i. 4

5 Procedimento: Seguindo a montagem das Figuras e 3, você deverá determinar a quantidade de movimento inicial (da bola ) e final (bolas e, após a colisão). Para determinar o momento linear, deverá determinada a velocidade (v=s/t). S pode ser determinado como se mostra na Fig. 3 o tempo de vôo usando t = h g ). Para isto proceda da seguinte maneira: É fundamental fixar a cartolina firmemente na mesa para que o eixo não seja deslocado durante as medidas. Colocar encima da cartolina, e coincidindo com a posição de impacto das bolas, papeis carbono. Isto permitirá determinar a distância percorrida x. Para determinar o momento inicial, retire a bola do sistema e dispare o canhão, de maneira que a bola siga uma trajetória retilínea. Com a distância percorrida e o tempo de vôo poderá determinar a velocidade inicial. O canhão deve sempre ser usado na posição horizontal e com a mola na posição de alcance mínimo. Com as marcas deixadas na cartolina poderá ser definido o eixo central. Definir o ponto de colisão, que devera ser usado como origem do sistema de coordenadas. Para isto trace uma linha perpendicular ao eixo x que pase pelo centro do parafuso de suporte da bola, este será o eixo y. Usando agora as duas bolas, provoque a colisão, meça o ângulo das trajetórias e as distâncias percorridas após a colisão, como mostrado na Fig. 3. (A parte superior do parafuso de apoio da bola, deve ser regulado de maneira que a sua ponta fique no nível mais alto possível, desde que a bola não colida com ele. Faça testes soltando várias vezes só a bola ). Use os dados de cada colisão individual para calcular as médias, desvios, etc. e verifique se há conservação da energia e momento. Obs.: Repetir cada medida 5 vezes. O canhão deve sempre ser usado na posição de mínimo alcance. h= t= Colisão n o S S q q médias S S θ θ 5

6 Bibliografia: Física Vol. de Resnick, Halliday e Krane, Ed. Livros Técnicos e Científicos H.M. Nussenzveig, Curso de Física Básica Vol., Ed. Edgar Blucher. 6