EXP - Conservação do Momento Linear

Prévia do material em texto

1 
 
 
 
 
Universidade Federal Rural do Semi-Árido 
Centro de Ciências Exatas e Naturais 
Departamento de Ciências Naturais, Matemática e 
Estatística 
Disciplina: MME1831 – Laboratório de Mecânica Clássica 
 
Nota 
 
Experimento: Conservação do Momento Linear T: 
 
 
 
Aluno(a) 
1. 4. 
2. 5. 
3 * 
 
1 – OBJETIVOS: Nesta prática iremos estudar, do ponto de vista experimental, o 
princípio da Conservação do Momento Linear (ou princípio de conservação da 
quantidade de movimento – termo usado em Engenharia), simulando um sistema 
com colchão de ar para a realização de colisões elásticas e inelásticas sem atrito. 
 
2 – INTRODUÇÃO: Uma colisão entre duas partículas pode ser do tipo frontal ou 
lateral. Durante o processo de colisão pode ocorrer troca de Energia e Momento, 
devido à interação entre as partículas. Essas partículas podem ser macroscópicas, 
onde valem as leis de Newton, ou subatômicas onde devemos considerar as leis 
da Física Moderna (Mecânica Quântica). 
Nós estudaremos as colisões elásticas e inelásticas na escala macroscópica entre 
duas partículas, com o centro de massa como referencial. 
 
3 – MATERIAL 
Link para a simulação: 
https://phet.colorado.edu/en/simulations/collision-lab 
 
4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: Apresentaremos uma introdução ao 
simulador e sua adequação à demonstração experimental para colisões 
unidimensionais considerando-se diferentes variáveis e o grupo responsável deve 
aplicar toda a fundamentação teórica necessária para a execução e explicação dos 
experimentos solicitados. 
https://phet.colorado.edu/en/simulations/collision-lab
2 
 
 
 
Figura 1 – Tela inicial - Introdução. 
 
 
4.1 – COLISÕES ELÁSTICAS (aba Explore 1D) 
 
 
Utilizaremos as equações da conservação da energia cinética e do 
momento linear, expressas como: 
 
A primeira parte do experimento – colisões elásticas – será dividida em três 
casos: 
(1º) massas das esferas iguais (𝑀𝐴 = 𝑀𝐵); 
(2º) massa da esfera 𝐴 maior do que a massa da esfera 𝐵 (𝑀𝐴 > 𝑀𝐵); 
(3º) massa da esfera 𝐴 mnenor do que a massa da esfera 𝐵 (𝑀𝐴 < 𝑀𝐵). 
3 
(i) Para as colisões do tipo elásticas, ajuste os parâmetros(massas das 
esferas, posições e velocidades) e marque a opção de visualização do 
centro de massa do sistema, conforme apresentado na figura 2. 
(ii) Com a esfera 𝐵 em repouso, aplique um impulso na esfera 𝐴 na direção 
da B. Anote os valores experimentais na tabela 1. 
(iii) Copie e cole o print da tela com seu arranjo experimental1 (𝑀𝐴 = 𝑀𝐵): 
 
 
Figura 2 – Configuração de um arranjo para a simulação de colisões elásticas. 
4 
 
Tabela 1 – Valores experimentais para as colisões elásticas. 
 
Relação das massas 
VAi (m/s) 
 
VBi (m/s) 
 
VAf (m/s) 
 
VBf (m/s) 
MA (kg) MB (kg) 
= 
> 
 

 
 
(a) A partir da análise dos dados experimentais, demonstre se a energia cinética 
total para colisões elásticas se conserva: 
𝐾𝐴i + 𝐾𝐵i = 𝐾𝐴ƒ + 𝐾𝐵ƒ 
 
Relação das massas 
𝐾𝐴i + 𝐾𝐵i(J) 𝐾𝐴ƒ + 𝐾𝐵ƒ(J) MA (kg) MB (kg) 
= 
 
> 
 
 
 
(b) Ocorreu conservação da energia cinética? Justifique. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2 – COLISÕES INELÁSTICAS (aba Inelastic) 
 
 
Considerando colisões perfeitamente inelásticas, reescrevemos as 
5 
equações para energia cinética e o momento linear, como: 
 
A segunda parte do experimento – colisões inelásticas – será dividida em 
três casos: 
(1º) massas das esferas iguais (𝑀𝐴 = 𝑀𝐵); 
(2º) massa da esfera 𝐴 maior do que a massa da esfera 𝐵 (𝑀𝐴 > 𝑀𝐵); 
(3º) massa da esfera 𝐴 mnenor do que a massa da esfera 𝐵 (𝑀𝐴 < 𝑀𝐵). 
 
Figura 3 – Configuração de um arranjo para a simulação de colisões inelásticas. 
 
(i) Para as colisões do tipo inelásticas, você deve observar as condições que 
permitirão as esferas permanecerem unidas após a colisão (Stick). 
(ii) Com a esfera 𝐵 em repouso e alinhadas, aplique um impulso na esfera 𝐴 
na direção da B. Anote os valores experimentais na tabela 2. 
6 
(iii) Copie e cole aqui o print da tela com seu arranjo experimental: 
 
Tabela 2 – Valores experimentais para as colisões inelásticas. 
 
Relação das massas 
VAi (m/s) 
 
VBi (m/s) 
 
VAf (m/s) 
 
VBf (m/s) 
MA (kg) MB (kg) 
= 
> 
 

 
 
(b) A partir dos dados da tabela anterior explique o que ocorreu com a energia 
cinética total para colisões inelásticas: