Relatório FísicaI- Colisões Unidimensionais

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CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E ENGENHARIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E FÍSICA
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA DE ALIMENTOS
INGRID CARVALHO- 2018103909
JÚLIA ACIZIO- 2018103921
MARIA DA PENHA- 2018103300
Colisões Unidimensionais
ALEGRE-ES
2018
1. INTRODUÇÃO
Segundo o livro Fundamentos de Física I, Halliday Resick & Walker, uma colisão “é definida como um evento isolado no qual dois ou mais corpos (os corpos que colidem) exercem uns sobre os outros forças relativamente elevadas por um tempo relativamente curto”.
Define-se o momento linear, ou quantidade de movimento linear (P) de um corpo, como sendo o produto da massa do mesmo pela sua velocidade. É uma grandeza vetorial, assim, o vetor velocidade e o vetor momento linear têm sempre a mesma direção e sentido. 
A energia cinética K é a energia associada ao estado de movimento de um objeto.  Resulta da transferência de energia do sistema que põe o corpo em movimento.
Colisão elástica: Neste tipo de colisão, tanto o momentum como a energia cinética são conservados. Após o choque, a velocidade das partículas muda de direção, mas a velocidade relativa entre os dois corpos mantém-se igual.
É perfeitamente elástica, quando nenhuma energia foi perdida.
Conservação do momento linear:
 
Da energia:
Colisão inelástica: Por definição, a energia cinética não se conserva. A energia cinética final deve ser menor do que seu valor inicial e a diferença é convertida, por exemplo, em calor ou em energia potencial de deformação.
Colisão perfeitamente inelástica: Quando os dois corpos permanecem juntos após a colisão, a colisão é dita colisão perfeitamente inelástica. A expressão "perfeitamente inelástica" não significa que toda energia cinética inicial se perca, mas sim que a perda é a maior possível e compatível com a conservação do momento linear.
2. METODOLOGIA
2.1. Objetivos:
· Analisar o fenômeno referente às colisões unidimensionais; 
· Estabelecer as condições necessárias para que haja conservação da quantidade de movimento (momento linear); 
· Estabelecer as condições necessárias para que haja conservação da energia cinética.
2.2. Materiais:
· 01 trilho de Ar (120 cm) com polia no fim do cursor; 
· 02 carrinhos para trilho de ar;
· 02 bandeiras para os carrinhos (para interrupção de sensor);
· 01 cronômetro digital multifunções;
· 02 sensores fotoelétricos com suporte fixador;
· 02 contrapesos para os carrinhos;
· 01 pino com massa;
· 01 pino com agulha;
· 01 compressor (unidade de fluxo de ar);
· 01 rolo de linha;
· 02 discos de prova;
· 03 Y de fim de curso;
· 03 elásticos para fim de curso (impulsão.
· 01 balança;
· 01 régua de 50 cm.
2.3. Procedimento:
Montagem do equipamento: 
	Para a realização do experimento fez a utilização do trilho de ar, em que os sensores (S1 e S2) estavam posicionados no centro e acerca de 50cm um do outro. Na extremidade onde se encontra a polia, foi fixado o Y de final de curso com elástico.
Por conseguinte, no carrinho 1 (C1), foi colocado Y’s com elásticos na extremidade frontal e esse carrinho foi o impulsionado. Já o carrinho 2 (C2), que não possuía Y’s, foi colocado sobre o trilho de ar de forma que ficasse no centro e parado. Para cada carrinho foi fixado uma bandeira. 
Assim, os plugues dos sensores foram encaixados no sensor 1 ligado ao borne S1 do cronômetro e o sensor 2, no qual o mais próximo, foi ligado ao borne S2 do cronômetro, que esse teve a F3 escolhida. 
Série 1:
O C1 foi posicionado entre o sensor S1 e o Y de impulsão, enquanto que o C2 ficou em repouso, na posição central entre os dois sensores. O C1 foi impulsionado de encontro ao C2, assim, quando o C1 passou pelo sensor S1 o cronômetro foi acionado e por conseguinte, mediu o tempo correspondente ao deslocamento da bandeira sobre o C1. Em seguida, houve a colisão entre o C1 e o C2, que estava em repouso, assim, o C2 entrou em movimento retilíneo, passando pelo sensor S2, o que fez o cronômetro ser acionado e indicar o tempo correspondente ao deslocamento da bandeira situada acima do C2. 
Os tempos obtidos foram associados a incerteza calculada de 2%, com auxílio de uma balança foi pesado a massa do carrinho com as bandeiras, tendo as incertezas estipuladas de 0,3, foi também medido o comprimento das bandeiras, associado a incerteza, constando todos os valores na tabela 1.
Com os resultados foi possível calcular a velocidade desenvolvida pelo carrinho 1 antes da colisão e a velocidade desenvolvida pelo carrinho 2 após a colisão. Contendo os valores com suas incertezas na tabela 2.
Série 2:
Foi retirado o elástico de colisão do C1 e colocado o pino de agulha e no C2 o pino com cera, assim, no momento da colisão o pino com agulha acertou o pino com cera. Os procedimentos descritos anteriormente foram repetidos, com o intuito de obter o tempo e a massa, tendo os resultados na tabela 3. 
Para as duas séries foram calculadas:
· A quantidade de movimento ou momento linear foi calculada de cada carrinho antes e após a colisão. ( , ,, ).
· A energia cinética de cada carrinho foi calculada antes e após a colisão e foram apresentadas as prováveis diferenças entre elas. , , .No qual foi feito a incertezas de cada grandeza.
· A quantidade de movimento total e a energia cinética total do sistema foram calculadas antes e após a colisão. Logo após foram feitas as incertezas de cada uma das grandezas.
3. RESULTADO E DISCUSSÃO
Tabela 1: Comprimento, tempos e massas
	m
	m
	s
	s
	
0,100,01
	
0,100,01
	0,0850,002
	0,0880,002
	
	
	0,0860,002
	0,0900,002
	
	
	0,0840,002
	0,0900,002
	
	
	0,0810,002
	0,0910,002
	
	
	0,0840,002
	0,0920,002
	
	0,0840,002
	0,0900,002
Tabela 2: Velocidade
	
	m/s
	m/s
	
	1,1900,010
	1,1110,010
Tabela 3: Massas, tempos e velocidades.
	
	
	
	
	
	
	219,2 0,3
	243,50,3
	0,0710,001
	0,1750,003
	
	
	
	0,0720,001
	0,1950,004
	
	
	
	0,0800,002
	0,2020,004
	
	
	
	0,0690,001
	0,2040,004
	
	
	
	0,0870,001
	0,2270,004
	
	
	0,0760,001
	0,2000,004
	1,3160,30
	0,50 0,01
Na série 1 a energia inicial e final deram resultados parecidos, porém não houve conservação total como o esperado. Já na série 2, os resultados da energia cinética deram valores diferentes, pois na colisão inelástica não há conservação da energia. 
Pontos de Discussão
1. Por que é possível considerar a etapa 1 e a etapa 2 como sendo uma fenômeno de colisão elástica e inelástica, respectivamente? O que difere em termos das grandezas físicas calculadas nos item de 1 a 10 em ambas as etapas?
2. Mostre teoricamente quais deles devem conservar o momento linear e quais devem conservar a energia. Deixe claro quais são os fatores determinantes (e quais não são), para haver conservação da energia e do momento linear.
3. Verifique se as conclusões teóricas estão em acordo com o que foi obtido experimentalmente, a luz dos resultados numéricos e suas incertezas para Q11 ANTES, Q21 ANTES, Q12 DEPOIS, Q22 DEPOIS, E11 ANTES, E21 ANTES, E12 DEPOIS, E22 DEPOIS. 
4. Discuta a veracidade de supor que o carrinho 1 sempre está parado depois da colisões e essa seria uma fonte de erro no experimento?
5. Comente as diferenças e semelhanças entre as 2 séries desenvolvidas acima. Identifique em qual das séries, justificando sua resposta, há colisão elástica e inelástica. 
A semelhança é que tanto na série 1 quanto na 2 dois houve conservação do momento linear. Já a energia é conservada apenas na série 1. Sendo assim, podemos dizer que a série 1 se trata de uma colisão elástica, enquanto a série 2 representa uma colisão inelástica. 
6. Mostre teoricamente em qual das séries deverá ocorrer conservação do momento linear e da energia. Não se esqueça de explicitar os fatores determinantes para que ocorra a conservação dessas duas grandezas física momento e energia. 
Na série 1 ocorre a conservação do momento linear e da energia cinética, pois o choque dos carrinhos faz a velocidade mudar de direção (colisão elástica), já na série dois ocorre somente à conservação do momento linear, com a colisão dos carrinhos eles se unem e seguem juntos, somando-se as suas massas (colisãoinelástica).
7. Verifique se as conclusões teóricas estão em acordo com o que foi obtido experimentalmente, a luz dos resultados numéricos e suas incertezas obtidos nas duas séries para Q1 ANTES, Q1 DEPOIS, E1 ANTES e E1 DEPOIS.
A teoria se difere um pouco na prática pois os resultados não apresentam uma conservação total do momento linear e da energia cinética na colisão elástica (série 1). Assim como, na série 2, não houve a conservação total do momento linear, porém, a energia cinética inicial foi maior do que a final, ou seja, não foi conservada, como esperado para uma colisão inelástica.
8. Discuta quais os fatores podem influenciar nos resultados experimentais.
Falhas nos equipamentos ou descuido dos estudantes podem ter acarretado em resultados diferentes do esperado.
4. CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS
Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J., Fundamentals of Physics, J. Wiley & Sons, 2001.
Mentz, Luciano . Conservação do momento linear. Disponível em:< http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20042/Luciano/colisoes.html#COLISOES>. Acesso em: 09 outubro 2018.
Colisões unidimensionais. Disponível em: < http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/colisoes-elasticas-inelasticas.htm>.Acesso em: 10 outubro 2018.