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1 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES A compreensão das leis da cinemática e das leis de conservação de energia e quantidade de movimento é fundamental para melhor entendermos os movimentos dos corpos no nosso cotidiano. Todo objeto que é lançado no ar, ou que colide com outro, tem seu movimento regido por um conjunto de leis naturais que nos permitem fazer previsões de suas trajetórias e analisar o que aconteceu com as grandezas físicas envolvidas. A seguir podemos entendê-los, dividindo-os entre “Lançamentos horizontais” e “Colisões”. 1. LANÇAMENTOS HORIZONTAIS: Chamamos de lançamento horizontal todo lançamento sob ação da gravidade cujo início se dê a partir de uma altura H do solo, tendo o vetor velocidade inicialmente paralelo ao mesmo, usualmente chamado de vx. Ao desprezarmos a resistência do ar, consideramos que essa componente velocidade vx se mantém constante ao longo da trajetória. Ao mesmo tempo em que se desloca na horizontal, o corpo cai em direção ao solo numa velocidade vy, que é inicialmente nula e aumenta de acordo com a aceleração gravitacional, caracterizando uma queda livre na direção vertical. Aos dois movimentos (nas direções vertical e horizontal) que acontecem ao mesmo tempo, sem que um interfira no outro, damos o nome de princípio da simultaneidade de Galileu. 2 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES A junção dos movimentos, que acontecem nas direções horizontal e vertical, pode ser ilustrada como na figura a seguir: Figura 1 – Junção dos movimentos. Onde: • vx apresenta valor constante, determinado no momento do lançamento; • H é a altura relativa ao solo de onde o corpo foi lançado; • vy pode ser determinado pelas equações da cinemática 𝑣𝑦 2 = 2. 𝑔. 𝐻 ou 𝑣𝑦 2 = 2. 𝑔. 𝐻 • Sendo to tempo de queda, determinado por 𝑡 = √ 2𝐻 𝑔 ; • O alcance A, será então calculado por 𝐴 = 𝑣𝑥 . 𝑡. Como o lançamento horizontal é uma composição de movimento retilíneo uniforme na direção horizontal com um movimento retilíneo uniformemente variado na direção vertical, as equações utilizadas foram as desses respectivos movimentos, fazendo apenas a substituição das incógnitas de aceleração por g, deslocamento vertical por H e deslocamento horizontal por A. Vale reforçar que a velocidade inicial para o movimento vertical é nula, e, portanto, foi suprimida das equações. Naturalmente, essas equações representam apenas aproximações da realidade, haja vista que desprezamos alguns fatores como a resistência do ar. 3 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 2. COLISÕES Quando há uma colisão entre dois ou mais corpos, em circunstâncias em que podemos considerar o sistema isolado (sem ação de forças externas), dizemos que há uma conservação da grandeza física chamada quantidade de movimento, representada usualmente pela letra Q e calculada pela soma dos produtos da massa pela velocidade dos corpos: 𝑄 = ∑ 𝑚𝑖. 𝑣𝑖 Nas aproximações em que essa grandeza se conserva, tempos que: 𝑄𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 𝑄𝑑𝑒𝑝𝑜𝑖𝑠 Ao pegarmos, por exemplo, a situação onde duas esferas colidem frontal e centralmente, como ilustrado na figura 2, teremos que 𝑚𝑎 . 𝑣𝑎 + 𝑚𝑏. 𝑣𝑏 = 𝑚𝑎 . 𝑣𝑎 ′ + 𝑚𝑏. 𝑣𝑏 ′ , ou seja, a quantidade de movimento total antes da colisão, se iguala a quantidade de movimento total após a colisão. Figura 2 – Movimento das esferas após a colisão 4 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES • Coeficiente de restituição: A razão entre a velocidade que os corpos se afastam, após a colisão, e a velocidade que os corpos se aproximam, antes da colisão, é chamada de coeficiente de restituição, normalmente representado pela letra e: 𝑒 = |𝑣𝑏 ′ − 𝑣𝑎 ′ | |𝑣𝑎 − 𝑣𝑏| O valor do coeficiente de restituição é utilizado para determinar o tipo de colisão que ocorreu. Essas colisões podem ser classificadas em: ✓ Perfeitamente elástica: Quando as velocidades de aproximação e afastamento são iguais, o coeficiente de restituição é igual a 1. Este é o valor máximo para o coeficiente, se não considerarmos influências de forças externas. Esse tipo de colisão implica na conservação também da energia cinética do sistema. ✓ Inelástica: Nesse tipo de colisão o coeficiente de restituição é igual a 0. Isso significa que os corpos seguem juntos após a colisão. Há, neste caso, grande dissipação de energia cinética, apesar da conservação de quantidade de movimento. ✓ Parcialmente elástica: Nesse caso, a velocidade de afastamento é menor do que a de aproximação, ou seja, 0 ≤ 𝑒 ≤ 1. Há também dissipação de energia cinética, mas os corpos seguem separados após o choque.
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