EXPERIMENTO_IV

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EXPERIMENTO IV – COLISÕES 
 
Introdução 
 
Nesta experiência estudaremos colisões unidimensionais entre dois carrinhos 
sobre o trilho de ar. Com este arranjo experimental, um “colchão de ar” gerado entre a 
superfície inferior do carrinho e o trilho, eliminando quase que totalmente a força de 
atrito. 
 Uma grandeza muito importante para o estudo de colisões é o momento linear 
ou quantidade de movimento ��, definido por: 
�� = ��� (1) 
onde m é a massa e �� é a velocidade do objeto em questão. 
 De acordo com a Segunda Lei de Newton: 
�� = �
��
(��)����� = �����
��
 (2) 
onde �� é a resultante das forças que atuam sobre o corpo. Então, quando esta 
resultante for nula o momento �� do corpo deve se conservar. 
 Num sistema com vários corpos, podemos definir o momento total do sistema 
como: 
�� = ∑ ���� =∑ ������ (3) 
 Para um sistema de corpos, continua valendo a equação (2), e, portanto se a 
resultante de todas as forças externas sobre o sistema for nula, o momento total �� do 
corpo deve se conservar. Mas, de acordo com a Terceira Lei de Newton, as forças de 
interação entre 2 corpos quaisquer são sempre iguais em módulo e de sentido 
contrário (vide figura 1). 
 
 
 
����,�� = ����,�� = �
����
��,�
� 
 Portanto, a resultante de todas as forças internas ao sistema é sempre nula! 
 Assim, podemos enunciar o “Princípio da Conservação do Momento” como: 
“num sistema isolado onde a resultante de todas as forças externas é nula, o momento 
total do sistema se conserva”. 
 Se ��� é o momento total antes ��� é o momento total depois, para uma colisão 
de dois corpos podemos escrever: 
��� = ��� (4) 
���� + ���� = ���� + ���� (5) 
������ +������ = ������ +������ (6) 
 As colisões classificam-se em: 
• Perfeitamente elásticas: conservam-se a quantidade de movimento e a 
energia cinética. 
• Perfeitamente inelásticas: conserva-se apenas a quantidade de 
movimento. 
• Parcialmente elásticas: conserva-se apenas a quantidade de 
movimento. 
Outro parâmetro a se considerar é o coeficiente de restituição (�), que vem a 
ser a razão entre as velocidades relativas antes e depois do choque, e assume valores 
diferentes para cada tipo de colisões. 
� =
���� − ����
���� − ����
 
Choque perfeitamente elástico: � = 1 
Choque parcialmente elástico: 0 < � < 1 
 Choque perfeitamente inelástico: � = 0. 
 
Objetivos 
 
O experimento tem como objetivos: 
• Estudar colisões unidimensionais entre dois carrinhos na ausência de 
atrito. 
• Verificar a validade do princípio da conservação do momento linear e da 
energia cinética. 
 
Pré-relatório experimento IV – colisões 
 
Escreva a expressão para a velocidade final da partícula 1 e para a velocidade 
final da partícula 2 no caso de uma colisão elástica unidimensional. Represente 
graficamente os resultados obtidos por você (desenhe a situação antes e depois da 
colisão) em cada um dos casos abaixo: 
a) as duas massas são iguais; 
b) as duas massas são iguais, e no início a segunda partícula está parada; 
c) a massa da primeira partícula é muito grande comparada com a da segunda, 
e a segunda está inicialmente em repouso; 
d) a massa da segunda partícula é muito grande comparada à da primeira, e a 
segunda partícula está inicialmente em repouso. 
 
Roteiro para a realização do experimento 
 
Choque elástico 
 
Material necessário 
 
• 01 trilho 120 cm; 
• 01 cronômetro digital multifunções com fonte DC 12 V; 
• 02 sensores fotoelétricos com suporte fixador (S1 e S2); 
• 01 Y de final de curso com roldana raiada; 
• 01 unidade de fluxo de ar; 
• 01 cabo de força tripolar 1,5 m; 
• 01 mangueira aspirador 1,5”; 
• 01 pino para carrinho para fixá-lo no eletroímã; 
• 01 carrinho para trilho cor preta; 
• 01 carrinho para trilho cor azul; 
• 03 porcas borboletas; 
• 04 manípulos de latão 13 mm; 
• 01 pino para carrinho com gancho; 
• 02 barreiras para choque; 
• 01 fixador em U para choque; 
• 01 Y de final de curso com fixador U para elástico; 
 
Procedimentos 
 
1. Montar o equipamento conforme a foto. 
 
 
 
2. Para completar a montagem do equipamento devemos dar ao trilho 
uma inclinação tal que o atrito seja compensado. 
3. Fixar nos carrinhos a barreira de choque. 
4. Fixar no primeiro carrinho o fixador em U para choque. 
5. Colocar o segundo carrinho entre os sensores. Fixar os sensores no 
trilho de tal modo que fiquem no centro do trilho e pelo menos 0,400 m 
um do outro. 
6. Selecionar a forma de medida F3 do cronômetro. 
7. Dar ao primeiro carrinho um impulso, movimentando-o para se chocar 
com o segundo carrinho. 
8. Quando o primeiro carrinho passar pelo S1 o cronômetro é acionado e 
vai medir um intervalo de tempo correspondente ao deslocamento de 
0,100 m. 
9. O primeiro carrinho deve se chocar com o segundo carrinho que está 
em repouso (V=0). 
10. Quando o segundo carrinho passar pelo S2 o cronômetro é acionado e 
vai medir um intervalo de tempo correspondente ao deslocamento de 
0,100 m. 
11. O cronômetro vai indicar os dois intervalos de tempos. 
12. Calcular a velocidade desenvolvida pelo primeiro carrinho antes do 
choque. 
∆� = ____ m 
t1 = ____ s 
V1 = ____ m/s 
13. Encontrar a velocidade desenvolvida pelo primeiro carrinho depois do 
choque. 
V1’ = _____ m/s 
14. Encontrar a velocidade desenvolvida pelo segundo carrinho antes do 
choque. 
V2 = _____ m/s 
15. Calcular a velocidade desenvolvida pelo segundo carrinho depois do 
choque. 
 ∆� = ____ m 
 t1 = ____ s 
 V2’ = ____ m/s 
16. Medir a massa dos carrinhos. 
M1 = ____ kg 
M2 = ____ kg 
17. Calcular a quantidade de movimento antes do choque. 
Qa = M1.V = _____ kg.m/s 
18. Calcular a quantidade de movimento depois do choque. 
Qd = M2.V1 =_____ kg.m/s 
19. Considerando a tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a 
quantidade de movimento foi conservada? 
_________________________________________________________ 
20. Calcular a energia cinética antes do choque. 
 �� =
 !.#!
$
�
= _____ J 
21. Calcular a energia cinética depois do choque. 
 �� =
 $.#!
$
�
= _____ J 
22. Considerando a tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a 
energia cinética foi conservada? 
_________________________________________________________ 
_________________________________________________________ 
23. Conclusão 
_________________________________________________________ 
_________________________________________________________ 
 
Choque inelástico 
 
Material necessário 
 
• 01 trilho 120 cm; 
• 01 cronômetro digital multifunções com fonte DC 12 V; 
• 02 sensores fotoelétricos com suporte fixador (S1 e S2); 
• 01 Y de final de curso com roldana raiada; 
• 01 unidade de fluxo de ar; 
• 01 cabo de força tripolar 1,5 m; 
• 01 mangueira aspirador 1,5”; 
• 01 pino para carrinho para fixá-lo no eletroímã; 
• 01 carrinho para trilho cor preta; 
• 01 carrinho para trilho cor azul; 
• 03 porcas borboletas; 
• 07 arruelas lisas; 
• 04 manípulos de latão 13 mm; 
• 01 pino para carrinho com gancho; 
• 02 barreiras para choque; 
• 01 fixador em U para choque; 
• 01 Y de final de curso com fixador U para elástico; 
• 01 pino para carrinho com agulha; 
• 01 pino para carrinho com massa aderente; 
 
Procedimentos 
 
1. Montar o equipamento conforme a foto. 
 
 
 
2. Para completar a montagem do equipamento devemos dar ao trilho 
uma inclinação tal que o atrito seja compensado; 
3. Fixar nos carrinhos a barreira de choque; 
4. Fixar nos carrinhos os acessórios para o choque inelástico. No choque 
inelástico, após o choque, os dois carrinhos se deslocam juntos, ou 
seja, com a mesma velocidade. 
5. Colocar o carrinho entre os sensores, fixar os sensores no trilho de tal 
modo que fiquem no centro do trilho e pelo menos 0,400 m um do outro; 
6. Selecionar a forma de medida F3 do cronômetro; 
7. Dar ao primeiro carrinho um impulso, movimentando-o para se chocar 
com o segundo carrinho. 
8. Quando o primeiro carrinho passar pelo S1 o cronômetro é acionado e 
vai medirum intervalo de tempo correspondente ao deslocamento de 
0,100 m. 
9. O primeiro carrinho deve se chocar com o segundo carrinho que está 
em repouso (V=0). 
10. Quando o segundo carrinho passar pelo S2 o cronômetro é acionado e 
vai medir um intervalo de tempo correspondente ao deslocamento de 
0,100 m. 
11. O cronômetro vai indicar os dois intervalos de tempos. 
12. Calcular a velocidade desenvolvida pelo primeiro carrinho antes do 
choque. 
∆� = ____ m 
t1 = ____ s 
V1 = ____ m/s 
13. Calcular a velocidade desenvolvida pelo segundo carrinho depois do 
choque. 
∆� = ____ m 
t2 = ____ s 
V2’ = ____ m/s 
14. Calcular a velocidade desenvolvida pelo primeiro carrinho depois do 
choque. 
V1’ = ____ m/s 
15. Medir a massa dos carrinhos. 
M1 = ____ kg 
M2 = ____ kg 
16. Calcular a quantidade de movimento antes do choque. 
Qa = _____ kg.m/s 
17. Calcular a quantidade de movimento depois do choque. 
Qd = _____ kg.m/s 
18. Considerando a tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a 
quantidade de movimento foi conservada? 
_________________________________________________________ 
19. Calcular a energia cinética antes do choque. 
 �� =
 !.#
$
�
= _____ J 
20. Calcular a energia cinética depois do choque. 
 �� =
( !% $).#$
′
$
�
= _____ J 
21. Considerando a tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a 
energia cinética foi conservada? 
_________________________________________________________ 
_________________________________________________________ 
22. Conclusão 
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