2ª PARTE Estudo do choque elástico e inelástico.

Transcrição

1 2ª PARTE Estudo do choque elástco e nelástco. Introdução Consderemos dos corpos de massas m 1 e m 2, anmados de velocdades v 1 e v 2, respectvamente, movmentando-se em rota de colsão. Na colsão, os corpos exercem um sobre o outro forças guas e opostas e expermentam varações guas e opostas do seu momento lnear (desde que seja nula a resultante das forças externas aplcadas a cada um deles). Nesse caso, o momento lnear total dos dos corpos conserva-se, podendo escrever-se que, r r r r +, f f p1 p2 = p1 + p2 onde r p n e r p n f são os momentos lneares antes e depos do choque para cada um dos corpos. Quando, além dsso, a energa cnétca total também se conserva o choque dz-se elástco, ou seja, onde E c n e E f cn E f c1 + E = E + E, f c2 são as energas cnétcas dos corpos antes e depos da colsão. Pelo contráro, quando há varação da energa cnétca total, anda que o momento lnear total se conserve (acontece, por exemplo, quando os corpos aderem depos do mpacto), o choque dz-se nelástco. O caso partcular de choque nelástco em que os corpos seguem undos dz-se choque perfetamente nelástco. c1 c2 Nesta experênca, produzr-se-ão choques (aproxmadamente) elástcos protegendo os corpos envolvdos na colsão com termnas magnétcos de polardade contrára, de modo a que haja repulsão dos corpos depos do choque. Por sua vez, serão cradas colsões nelástcas protegendo os corpos com fta de velcro, que permtrá mantê-los undos após o choque. Será possível, assm, estudar-se a conservação do momento lnear e da energa cnétca nos dos tpos de choque. Materal necessáro Dos carros, barreras em plástco com 5 bandas de dferentes padrões, duas células fotoeléctrcas e respectvos suportes, um meddor de nível, uma balança, barras de massa. Departamento de Físca da FCTUC 11/19

2 Procedmento 1. Lgue a fcha de uma das células fotoeléctrcas ao canal dgtal 1 da nterface SW 500 ou 700 (fotocélula 1) e a fcha da outra célula fotoeléctrca ao canal dgtal 2 (fotocélula 2). 2. Na barra prncpal da janela do programa Scence Workshop, seleccone a opção Fle e, em seguda, New. Escolha depos a opção Don t save. Rencou o programa, que fca mas uma vez pronto para uma nova experênca. 3. Repta o procedmento dos números 5, 6 e 7 da 1ª parte deste trabalho, escolhendo agora os novos dspostvos lgados à nterface. Quando se abrr a janela correspondente à fgura 4 deve selecconar os dspostvos Photogate & Sold Object (fotocélula e barrera com banda contínua). No fnal, deve ter a janela da experênca ndcada na fgura 17. Fgura Embora as fotocélulas não necesstem de calbração, é necessáro ndcar-lhes qual o comprmento da banda padrão que será utlzada nesta experênca: banda opaca de 10 cm. Para tal, clque duas vezes no ícone da fotocélula 1 no menu da fgura 17. Abre-se o quadro representado na fgura 18. No campo aproprado escreva o comprmento da banda opaca (atenção às undades). Repta o procedmento para a outra fotocélula. Fgura 18 Departamento de Físca da FCTUC 12/19

3 5. Pretendemos agora crar uma tabela contendo os valores da velocdade (ms -1 ) de cada um dos carros, cujo regsto é feto pelas respectvas fotocélulas. Para tal, arraste o ícone da tabela, no écran da fgura 17, para cma da fotocélula nº1. 6. Abre-se então uma tabela apenas com uma coluna. Para gerar uma 2ª coluna seleccone o botão no menu da tabela e escolha como varável a velocdade fornecda pela 2ª fotocélula. Obtém assm um écran semelhante ao da fgura Verfque o bom nvelamento da calha utlzando um meddor de nível e regulando os pés ajustáves, se necessáro, de modo a que os carros não deslzem em nenhum dos sentdos. É muto mportante a calha estar bem nvelada. Se assm não for, a resultante das forças aplcadas a cada carro será dferente de zero, não havendo conservação do momento lnear total dos dos carros. 8. Coloque uma barrera com 5 bandas de dferentes padrões, entre as quas uma banda contínua com 10 cm de comprmento, no encaxe própro de cada um dos carros. Pese os conjuntos carro+barrera e regste as respectvas massas numa tabela de resultados. 9. Prenda as fotocélulas à calha, através dos suportes aproprados. Monte a fotocélula 1 do lado esquerdo da calha e a fotocélula 2 do lado dreto (fg. 20). 10. Coloque os dos carros no centro da calha e ajuste a posção das fotocélulas de modo a que a fotocélula 1 fque à esquerda dos dos carros e a fotocélula 2 à dreta deles. Coloque-as de forma a que a dstânca de uma à outra seja alguns centímetros maor do que a soma do comprmento dos carros. Fgura 19 Departamento de Físca da FCTUC 13/19

4 Fgura Ajuste a altura das fotocélulas de modo a que, quando os carros passem por baxo delas, a banda opaca de 10 cm da barrera bloquee o fexe da fotocélula. ESTUDO DO CHOQUE 12. Coloque os carros na calha com as extremdades de polardades magnétcas dferentes vradas uma para a outra. 13. Coloque um dos carros em repouso no meo da calha, entre as fotocélulas. Coloque o outro carro no extremo da calha. (Não é necessáro ser exactamente no extremo da calha, basta que seja a alguma dstânca das fotocélulas.) Carregue no botão REC. Imprma uma certa velocdade ncal ao carro que está no extremo da calha, de modo a que atnja o carro em repouso, ao centro. Depos de se dar a colsão e de os carros passarem pelas fotocélulas (rão ambos passar?), prma o botão STOP. Descreva o que aconteceu com o choque. NOTA - O procedmento anteror pode ser repetdo váras vezes sem se fazer o regsto dos dados, apenas para expermentar. 14. Na lsta de dados aparece o fchero RUN #1. Na tabela aparecem os valores das velocdades. A partr desses valores calcule o momento lnear total e a energa cnétca total, antes e depos da colsão. Determne a dferença percentual entre os valores meddos antes e depos do choque. Houve conservação do momento lnear? E da energa cnétca? Consdera que o choque fo aproxmadamente elástco ou neslástco? 15. Coloque os carros na calha de modo a que as extremdades que têm fta de velcro fquem vradas uma para a outra. Departamento de Físca da FCTUC 14/19

5 16. Coloque os dos carros do mesmo lado da calha. Carregue no botão REC e mprma uma certa velocdade ao carro da frente; em seguda, mprma uma dada velocdade ao 2º carro, maor do que a que mprmu ao 1º, de modo a que o 2º carro choque com o 1º no espaço entre as fotocélulas. Depos dos carros abandonarem o espaço entre as células pare a aqusção de dados. 17. Repta o ponto Elabore um relatóro desta parte do trabalho efectuado, no qual deve nclur: uma breve ntrodução teórca (não mas de 10 lnhas); um resumo do procedmento expermental (não mas de 10 lnhas); os resultados expermentas obtdos (organzados em tabelas e gráfcos sempre que possível); o tratamento matemátco adequado desses resultados e a dscussão/comentáro dos mesmos. Departamento de Físca da FCTUC 15/19