Relatorio_7_Choque_Elastico (2)

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Título do experimento
Choque Elástico.
Objetivo
Estudar a conservação do momento linear e da energia cinética do sistema em uma colisão do tipo elástica.
 
Introdução teórica
 A palavra colisão denota, na linguagem informal do cotidiano, para um indivíduo comum, o impacto de um corpo contra outro. Entretanto, na definição formal, científica, a ocorrência de uma colisão não exige que os corpos tenham contato um com o outro. 
O estudo das colisões é muito importante, em Física, especialmente nas áreas de Física Nuclear e Física de Partículas. Colisões entre partículas nucleares e elementares são, muitas vezes, provocadas e usadas para se descobrir muita coisa sobre tais partículas. A confrontação das informações que se tem antes da colisão com as que se tem após a colisão pode revelar informações sobre as massas, cargas elétricas, tempos de vida, entre outras, das partículas. Certos fenômenos que acontecem com os gases podem ser interpretados através de modelos que levam em conta as colisões entre as partículas do gás.
Um sistema como um todo tem um momento linear total, que é definido como a somatória vetorial dos momentos lineares de todas as partículas. Quando o momento linear varia, é porque há a atuação de uma força resultante, seja em um corpo sólido ou em um sistema de partículas, e essa força é a taxa de variação do momento em função do tempo.
Como o momento de qualquer corpo que se comporta como uma partícula não pode mudar, a menos que uma força externa atue sobre ele. Em uma colisão podendo ou não ter contato, uma força exercida sobre o corpo é de curta duração, tem módulo elevado e muda bruscamente o momento do corpo.
No momento de uma colisão há uma importante grandeza física envolvida, o impulso, que é a integração entre a força no momento da colisão e a variação de tempo. O impulso da força resultante é igual à variação total do momento linear durante o intervalo de tempo.
As colisões podem ser elástica, inelástica ou perfeitamente inelástica. Quando a energia cinética total dos dois corpos se conserva, tem-se a colisão elástica; quando não se conserva, tem-se a colisão inelástica. Caso extremo é o da colisão perfeitamente inelástica, em que toda energia cinética relativa ao centro de massa se converte em energia térmica ou interna do sistema e os dois corpos formam um só depois da colisão.
Materiais utilizados
Os materiais utilizados no experimento foram:
Trilho de ar: um trilho de alumínio com perfuração ao longo da sua extensão para a passagem do fluxo de ar. Tem a função de sustentar o carro deslizante ao longo da trajetória do movimento.
Carrinhos deslizantes: corpos metálicos utilizados para o experimento, os quais deslizam sobre o trilho de ar.
Quatro sensores fotoelétricos: dispositivos responsáveis por detectar o instante em que o carro deslizante passa por eles.
Gerador de fluxo de ar: consiste em um compressor conectado num trilho de ar, que tem como função fornecer um fluxo contínuo de ar a fim de minimizar o atrito dinâmico entre o trilho de ar e o carro deslizante.
Cronômetro digital: mensura os intervalos de tempo em sincronia com os sensores fotoelétricos, possui precisão de 0,001 s.
Calculadora científica.
Elástico: material afixado em uma das extremidades do trilho de ar, usado para iniciar o movimento do primeiro carro ao puxar o mesmo contra o elástico e ao soltá-lo, iniciar o movimento do primeiro carro.
Fixador em U para choque elástico: objeto em formato de U com um elástico afixado em suas extremidades com o objetivo de dar suporte à colisão entre os dois carros.
Procedimento experimental
Para inicializar o experimento, foi necessário montar o equipamento que dá suporte à realização da prática em estudo: primeiramente, colocou-se o carro deslizante sobre o trilho de ar, dois pares de sensores posicionados com 100 mm entre os sensores de cada par. Foi necessário ajustar as alturas das extremidades do trilho para que este estivesse o mais próximo possível da horizontal de modo que o segundo carro permanecesse em repouso no centro do trilho. Após o ajuste das posições, os dispositivos foram conectados entre si de acordo com o esquema fornecido por um diagrama contido no cronômetro digital para a função 3 (F3) – Variação dos instantes de tempo entre os sensores.
Após tudo estar em seu devido lugar, iniciou-se o experimento: com o cronômetro digital configurado para a contagem, o carro foi empurrado contra o elástico e solto logo em seguida, indo de encontro com o segundo carro que estava parado no centro do trilho de ar. Ao colidir com o segundo carro, este que estava com o fixador em U, a energia cinética foi transferida ao segundo carro, entrando assim em movimento. Ambos os tempos de deslocamento dos carros foram mensurados pelos sensores. Este procedimento foi executado 10 vezes no total.
Como os tempos mensurados tiveram uma pequena diferença, pode-se afirmar que a energia cinética se dispersou devido ao atrito (mesmo que quase desprezível) e também não foi totalmente transferida ao segundo carro, pois o primeiro não parou exatamente no momento da colisão.
Obtenção e análise dos resultados
Para a inicialização do experimento, foi necessário medir a massa dos dois carros deslizantes que fizeram parte desta prática, a qual foi:
	Massas ± 0,00005 kg
	Carrinho 1
	0,21919
	Carrinho 2
	0,21939
Dando início ao experimento, ou seja, ao movimento, mensurou-se a variação dos instantes de tempo, e calculou-se o valor médio dessa variação – a qual exige que se some todos os valores da variação de tempo mensurados e divida-os pela quantidade dos instantes, ou seja, divida-os por dez. E esses resultados foram:
	 
	Tempo ± 0,001 s
	 
	Δt1
	Δt2
	1
	0,173
	0,175
	2
	0,151
	0,152
	3
	0,173
	0,175
	4
	0,168
	0,172
	5
	0,166
	0,168
	6
	0,163
	0,165
	7
	0,175
	0,177
	8
	0,194
	0,197
	9
	0,160
	0,163
	10
	0,155
	0,157
	tmédio
	0,168
	0,170
Com a variação dos instantes de tempos adquiridos, foi possível calcular a velocidade média, antes e a pós a colisão dos carros deslizantes. Esse cálculo foi feito da seguinte maneira: dividiu-se o valor da variação da posição pela variação do tempo, ou seja: Δx / Δt. E esse valor encontrado foi mensurado:
	Antes da colisão
	Carrinho 1
	Carrinho 2
	Δx (m)
	Δt (s)
	v1i (m/s)
	Δx (m)
	Δt (s)
	v2i (m/s)
	0,1000
	0,168
	0,596
	0
	0
	0
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	Após a colisão
	Carrinho 1
	Carrinho 2
	Δx (m)
	Δt (s)
	v1f (m/s)
	Δx (m)
	Δt (s)
	v2f (m/s)
	0
	0
	0
	0,1000
	0,170
	0,588
	Antes da colisão
	Carrinho 1
	Carrinho 2
	m1 (kg)
	p1i (kg.m/s)
	E1i (J)
	M2 (kg)
	p2i (kg.m/s)
	E2i (J)
	0,21919
	0,131
	0,0389
	0,21939
	0
	0
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	Após a colisão
	Carrinho 1
	Carrinho 2
	m1 (kg)
	p1f (kg.m/s)
	E1f (J)
	M2 (kg)
	p2f (kg.m/s)
	E2f (J)
	0,21919
	0
	0
	0,21939
	0,129
	0,0379
Com o valor da velocidade média, foi possível calcular o valor da energia cinética e da quantidade de movimento, antes e após a colisão. A energia cinética (E) foi encontrada através do cálculo seguinte: multiplicou-se por meio (1/2) a massa do carro em movimento e o quadrado da sua velocidade média, ou seja: ½*mv². Já a quantidade de movimento (P) foi calculada multiplicando a massa do carro em movimento pela sua velocidade média, ou seja, m*v. E esses cálculos resultaram em: 
Com isso, para obter-se um conhecimento sobre o desvio padrão, para posteriormente, mostrar qual foi a precisão dos resultados obtidos, foi calculo a margem de erro (de tolerância) da energia cinética, e da quantidade de movimento. 
A tolerância de erro da quantidade de movimento foi encontrada pelo seguinte cálculo: Pi/Pf, onde Pi é o valor quantidade de movimento inicial (antes da colisão), e Pf é o valor quantidade de movimento final (depois da colisão). E a tolerância de erro da energia cinética foi encontradaatravés da seguinte equação: Ei/Ef, onde Ei é o valor da energia cinética inicial (antes da colisão) e Ef é o valor da energia cinética final (depois da colisão). O resultados obtidos foram:
	
	Erro (%)
	
	p1i/p2f
	1,28
	
	E1i/E2f
	2,67
Os dados obtidos nos procedimentos acima chegaram próximos dos valores reais, por estarem dentro da margem de tolerância de 5% de erro.
 
Conclusão
Neste experimento, o objetivo foi alcançado. Porém, houve uma aproximação da conservação da energia cinética no sistema e do momento linear, ou seja, houve uma porcentagem erro dentro da margem tolerável para o experimento, que pode ser explicado pelas seguintes relevâncias: havia uma diferença mínima entre as massas dos carros, o trilho de ar, onde os carros se encontravam, não estava perfeitamente na horizontal, por isso o carro dois não estava totalmente em repouso em relação ao trilho e após a colisão, o carro um permaneceu em movimento, também pelo fato do elástico usado na colisão não obedecer totalmente à lei de Hooke. Embora fosse usado o gerador de fluxo de ar para minimizar o atrito entre os carros deslizantes e o trilho de ar, a força de atrito que dissipou energia do sistema foi o fator relevante para a tal margem de erro.
Referências Bibliográficas 
1. HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. - Fundamentos de Física 2 - São Paulo: Livros Técnicos e Científicos Editora, 8ª Edição, 2009. 
2. HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. - Fundamentos de Física 1 - São Paulo: Livros Técnicos e Científicos Editora, 4ª Edição, 1996. 
3. K. R. Juraitis, J. B. Domiciano, Guia de Laboratório de Física Geral - Mecânica da Partícula, 1ª Edição, Eduel, 
2010. 
4. VASSALLO, F. R. - Manual de Instrumentos de Medidas Eletrônicas - São Paulo: Hemus Editora Ltda, 1978. 
5. AZEHEB Laboratórios de Física, Manual de Instruções e Guia de Experimentos.