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Capítulo 6: Momentum Esta aula ajudará você a entender: • Momentum (Momento linear / Quantidade de movimento) • Impulso • O impulso modifica o momentum • Ricocheteio • Conservação do momentum • Colisões • Colisões ainda mais complicadas Momentum • É uma propriedade dos corpos em movimento • Significa “inércia em movimento” • Mais precisamente, define-se pelo produto da massa de um objeto por sua velocidade • Em forma de equação: Momentum = massa x velocidade Momentum • Exemplo: – Uma grande rocha em movimento tem mais momentum que uma pedra rolante de mesma velocidade. – Uma rocha veloz tem mais momentum que uma rocha lenta. – Uma rocha em repouso não tem momentum. Momentum CONSULTE O VIZINHO Um objeto em movimento tem A. momentum. B. energia. C. rapidez. D. todas as opções acima. Momentum CONSULTE A RESPOSTA Um objeto em movimento tem A. momentum. B. energia. C. rapidez. D. todas as opções acima. Comentário: Veremos no próximo capítulo que a energia de movimento recebe o nome de “Energia Cinética”. Momentum CONSULTE O VIZINHO Quando a rapidez de um objeto é duplicada, seu momentum A. permanece inalterado, de acordo com a conservação do momentum. B. duplica. C. quadruplica. D. diminui. Momentum CONSULTE A RESPOSTA Quando a rapidez de um objeto é duplicada, seu momentum A. permanece inalterado, de acordo com a conservação do momentum. B. duplica. C. quadruplica. D. diminui. Impulso • É o produto da força pelo tempo (força x tempo) • Em forma de equação: Impulso = F.t • Exemplo: – Uma força breve, aplicada por um curto intervalo de tempo, produz uma variação no momentum menor do que a mesma força aplicada por um intervalo de tempo mais longo. • ou – Se a mesma força for aplicada pelo dobro do tempo, o dobro do impulso será comunicado e será produzido o dobro da variação de momentum. O impulso modifica o momentum • Quanto maior o impulso exercido em algo, maior a variação de momentum provocada. – Em forma de equação: F.t = ∆(m.v) O impulso modifica o momentum CONSULTE O VIZINHO Quando a força que produz um impulso atua pelo dobro do tempo, o impulso A. não varia. B. dobra. C. quadruplica. D. reduz-se à metade. O impulso modifica o momentum CONSULTE A RESPOSTA Quando a força que produz um impulso atua pelo dobro do tempo, o impulso A. não varia. B. dobra. C. quadruplica. D. reduz-se à metade. O impulso modifica o momentum • Caso 1: Aumentando o momentum – Aplique-se a máxima força no movimento mais amplo possível para que o tempo de contato seja prolongado. – A força de impacto pode variar ao longo da duração do contato. – Exemplos: • O “swing” na tacada de golfe. • A “cortada” no jogo de vôlei. O impulso modifica o momentum CONSULTE O VIZINHO Uma bala disparada por um canhão de cano longo emergirá com maior velocidade porque a bala recebe maior A. força média. B. impulso. C. Ambas as opções acima. D. Nenhuma das opções acima. O impulso modifica o momentum CONSULTE A RESPOSTA Uma bala disparada por um canhão de cano longo emergirá com maior velocidade porque a bala recebe maior A. força média. B. impulso. C. Ambas as opções acima. D. Nenhuma das opções acima. Explicação: A força média aplicada à bala será a mesma num canhão de cano curto ou longo. O cano longo proporciona maior tempo de atuação da força e, portanto, maior impulso. (O cano longo também proporciona maior distância de atuação da força e, portanto, maior trabalho realizado e maior energia cinética transmitida à bala de canhão.) O impulso modifica o momentum • Caso 2: Diminuindo o momentum durante um tempo longo – Prolongue-se o tempo durante o qual o momentum é reduzido. O impulso modifica o momentum CONSULTE O VIZINHO Um carro em alta velocidade produz resultados bastante diferentes ao colidir, até o repouso, contra um monte de feno ou um muro de alvenaria. Em ambos os casos: 1. A variação de momentum é a mesma? 2. O impulso é o mesmo? 3. A força é a mesma? A. Sim para as três. B. Sim para 1 e 2. C. Não para as três. D. Não para 1 e 2. O impulso modifica o momentum CONSULTE A RESPOSTA Um carro em alta velocidade produz resultados bastante diferentes ao colidir contra um monte de feno ou um muro de alvenaria. Em ambos os casos: 1. A variação de momentum é a mesma? 2. O impulso é o mesmo? 3. A força é a mesma? A. Sim para as três. B. Sim para 1 e 2. C. Não para as três. D. Não para 1 e 2. Explicação: Embora parar o carro lenta ou rapidamente implique a mesma redução de momentum, a força em cada caso é bastante diferente. Fique atento à distinção entre momentum, impulso e força. O impulso modifica o momentum CONSULTE O VIZINHO Quando se deixa cair um prato, se ele bater no tapete sua variação de momentum será menor do que se bater no piso duro? A. Não, será a mesma em ambos os casos. B. Sim, será menor no tapete. C. Não, será menor no piso duro. D. Não, será maior no piso duro. O impulso modifica o momentum CONSULTE A RESPOSTA Quando se deixa cair um prato, se ele bater no tapete sua variação de momentum será menor do que se bater no piso duro? A. Não, será a mesma em ambos os casos. B. Sim, será menor no tapete. C. Não, será menor no piso duro. D. Não, será maior no piso duro. Explicação: O momentum se reduz a zero em ambos os casos, logo a variação é a mesma para ambos. Embora a variação de momentum e o impulso sejam os mesmos, a força é menor quando o tempo de variação de momentum é prolongado. O impulso modifica o momentum • Exemplos: – Para um carro descontrolado é melhor atingir um monte de feno do que uma parede de concreto. • Razão física: o impulso é o mesmo em ambos os casos, mas aumentar o tempo de impacto reduz a força. O impulso modifica o momentum • Exemplo (continuação): – Ao pular, flexione os joelhos quando seus pés retomarem contato com o solo. Ampliar o tempo da redução do seu momentum reduz a força de impacto em você. – No boxe, recue durante o soco. O impulso modifica o momentum • Caso 3: diminuir o momentum em um curto intervalo de tempo produz uma grande força. • Exemplo: uma especialista em caratê quebra uma pilha de tijolos projetando sua mão rapidamente contra a pilha, com momentum considerável. O tempo de contato é curto e a força de impacto, enorme. Ricocheteio • Os impulsos são maiores quando ocorre o ricochete. – Exemplo: • Suponha, por exemplo, que você apanhe um vaso de flores em queda com suas mãos. Assim, você estará fornecendo o impulso para reduzir a zero o seu momentum. Se você tivesse de, então, arremessá-lo de volta para cima, precisaria dar um impulso adicional. Esse impulso adicional é o mesmo que ocorre quando algo ricocheteia. Ricocheteio • Roda de Pelton. As lâminas curvas fazem a água ricochetear e descrever uma curva em “U”, produzindo um grande impulso que gira a roda. Conservação do Momentum • Lei de conservação do momentum: – Na ausência de uma força externa, o momentum de um sistema permanece inalterado. Conservação do Momentum • Exemplos: – Quando um canhão é disparado, a força na bala de canhão dentro do cano é igual e oposta à força da bala de canhão no canhão. – A bala de canhão ganha momentum, enquanto o canhão ganha uma quantidade igual de momentum na direção oposta - o canhão recua. • Quando nenhuma força externa está presente, nenhum impulso externo está presente e nenhuma mudança no momentum é possível. Conservação do Momentum • Exemplos (continuação): – Forças moleculares internas dentro de uma bola de beisebol vêm em pares, cancelam-se e não têm efeito no momentum da bola. – Forças moleculares dentro de uma bola de beisebol não afetam seu momentum. – Empurrar contra o painel de um carro não afeta seu momentum. Colisões • Para todas as colisões na ausência de forças externas, – momentum total antes da colisão é igual ao momentum total após colisão. – em forma de equação: (mv total)antes = (mv total)depois Colisões • Colisão elástica– ocorre quando os objetos em colisão ricocheteiam sem qualquer deformação permanente ou geração de calor. Colisões • Colisão inelástica – ocorre quando objetos em colisão resultam em deformação e / ou geração de calor. Colisões • Exemplo de colisão elástica: • um carro movendo-se a 10 m / s colide com outro carro da mesma massa, m, em repouso • Da conservação do momentum, (mv total)antes = (mv total)depois (m x 10)antes = (2m x V)depois V = 5 m/s Colisões CONSULTE O VIZINHO O vagão A está se movendo em direção ao vagão B idêntico que está parado. Quando colidem, os dois vagões se unem. Comparado com a velocidade inicial do vagão de carga A, a velocidade dos vagões acoplados é A. a mesma. B. metade. C. o dobro. D. Nenhuma das acima. Colisões CONSULTE A RESPOSTA O vagão A está se movendo em direção ao vagão B idêntico que está parado. Quando colidem, os dois vagões se unem. Comparado com a rapidez inicial do vagão de carga A, a rapidez dos vagões acoplados é A. a mesma. B. metade. C. o dobro. D. Nenhuma das acima. Explicação: Após a colisão, a massa dos vagões em movimento dobrou. Você pode ver que a rapidez deles é metade da rapidez inicial do vagão de carga A? • Às vezes, os objetos em colisão não estão se movendo na mesma linha reta. • Nesse caso, você cria um paralelogramo dos vetores que descrevem cada momentum inicial para encontrar o momentum combinado. – Exemplo: colisão de dois carros em uma esquina Colisões mais complicadas Colisões mais complicadas • Outro exemplo: – A queda de um rojão de festa que explode em dois pedaços. Os momenta dos dois fragmentos combinam-se por soma vetorial para resultar num total igual ao momentum original do rojão em queda.