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UENF/LCFIS Laboratório de Física Geral I COLISÕES ELÁSTICAS E INELÁSTICAS Introdução Neste experimento estudaremos a conservação de momento linear em colisões elásticas (com conservação da energia cinética) e em colisões inelásticas (sem conservação de energia cinética), para um sistema composto de dois corpos móveis em movimento retilíneo. O momento linear, ou quantidade de movimento, de um corpo é definido como o produto da sua massa pela sua velocidade, p = mv. Sendo m1, v1i e v1f a massa, a velocidade inicial e a velocidade final do primeiro corpo, respectivamente, e m2, v2i e v2f a massa, a velocidade inicial e a velocidade final do segundo, o princípio da conservação do momento linear pode ser escrito como: m1v1i + m2v2i = m1v1f + m2v2f No caso de uma colisão unidimensional, podemos considerar apenas os módulos e o sinal das velocidades, assim não precisaremos da notação vetorial. Neste experimento vamos tratar do caso em que o segundo móvel está inicialmente parado, de forma que v2i = 0. Podemos considerar dois casos: 1. Colisões elásticas, com alvo parado. Neste caso, a conservação do momento linear fornece a primeira equação: m1v1i = m1v1f + m2v2f e a conservação de energia cinética fornece a segunda equação: ½ m1v1i2 = ½ m1v1f2 + ½ m2v2f2 Resolvendo estas duas equações podemos obter as velocidades finais dos carrinhos em função da velocidade inicial: v 1f= m 1−m2 m 1+m 2 v 1i v 2f= 2m 1 m 1+m 2 v 1i 2. Colisões perfeitamente inelásticas, com alvo parado. Neste caso, os corpos permanecem unidos após o choque, e a conservação do momento linear fornece a equação: m1vi = (m1 + m2)Vf Vf= m1 m1+m2 vi Material necessário • Trilho de ar; • Nível de bolha; • Compressor de ar; • 2 carrinhos móveis; • Acessórios para adaptar aos carrinhos: 2 pinos, sendo um com agulha e outro com massa de modelar; e 4 massas metálicas cilíndricas. • 2 pares de fotogates PASCO e seus suportes. • Cabos de conexão. UENF/LCFIS Laboratório de Física Geral I Procedimentos experimentais 1. Nivele bem o trilho. Em seguida ligue o ar comprimido e confira o nivelamento usando um carrinho deslizante sobre o colchão de ar. 2. Pese e anote as massas dos dois carrinhos, já com os seus acessórios anexados, denominando m 1 a massa do projétil, e m2 a massa do alvo; Meça também a massa M do grupo de 4 cilindros metálicos. 3. Com uma régua meça os comprimentos efetivos do carrinho projétil (L1) e do carrinho alvo (L2). 4. Para esta etapa, adotaremos a seguinte terminologia: ti : tempo de interrupção do fotogate pela passagem do móvel m1, antes da colisão. tf : tempo de interrupção do fotogate pela passagem do móvel m2, após a colisão. Com um pequeno impulso, lance o projétil m1 sobre o alvo parado m2 e meça os intervalos de tempo ti e tf. IMPORTANTE: Para o fotogate da PASCO utilize o modo GATE. O segundo fotogate deverá estar posicionado imediatamente após o carrinho alvo, para medir tf. Logo após a passagem dos carrinhos pelos fotogates, interrompa seus movimentos para evitar que estes passem novamente afetando as medidas. 5. Posicione o alvo parado, com o para-choque contendo massa de modelar em sua extremidade voltada para o projétil. Durante a colisão o pino do projétil deverá se encaixar na massa do para- choque do alvo de maneira que eles fiquem engatados e prossigam com a mesma velocidade final. 6. Calcule as velocidades imediatamente antes e após o choque, utilizando os tempos dados pelos fotogates e os comprimentos medidos: vi = L1 / ti vf = L2 / tf 7. Adicione agora os 4 cilindros metálicos ao carro alvo, e anote o novo valor de m2 na linha correspondente a alvo pesado (m2 > m1) na tabela de resultados. Complete as medidas indicadas na tabela. 8. Meça agora as novas massas dos carrinhos, faça as medidas necessárias e preencha a linha correspondente da tabela. TABELA DE RESULTADOS m1 m2 L1 L2 ti tf vi Vf m1 = m2 m1 ≠ m2 Com valores medidos, determine o momento linear total do sistema antes da colisão (P i) e após a colisão (Pf), bem como a energia cinética do sistema antes e após a colisão (Eci e Ecf). Pi Pf Eci Ecf Pf – Pi Ecf - Eci m1 = m2 m1 ≠ m2 Analise seus resultados (atenção para algarismos significativos e unidades) e responda as seguintes questões: 1 - Houve conservação de momento? Se não houve, qual a variação percentual do momento linear? 2 - Houve conservação de energia cinética? Se não houve, qual a variação percentual de energia?
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