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UNIVERSIDADE CATÓLICA DO SALVADOR – UCSAL DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS BACHARELADO EM ENGENHARIA QUÍMICA FÍSICA EXPERIMENTAL I MATUTINO Amanda Carmo Santos TEORIA DAS COLISÕES (Experimento 6) Salvador 2021 2 1 INTRODUÇÃO O presente relatório tem como objetivo realizar a prática do estudo da Teoria das Colisões. Para isso, será comparado, conceitualmente, os tipos de colisões, suas diferenças, o que é a conservação do momento linear, além de entendermos que a colisão se dá pela interação entre dois ou mais corpos sem interações entre si, acarretando na alteração do estado final desses corpos. Dessa forma, o relatório será associado ao vídeo do curso da Universidade Virtual do Estado de São Paulo – UNIVESP. Sobre a conservação do momento linear, tem-se que Também chamada de quantidade de movimento, é a grandeza vetorial que resulta do produto da velocidade do corpo por sua massa. Essa grandeza deve ser conservada para um sistema livre da ação de forças externas. (JÚNIOR,2014). A teoria das colisões está definida como A interação entre dois corpos é chamada de colisão ou choque quando a interação ocorre em um intervalo de tempo relativamente curto durante o qual o efeito das forças externas pode ser desprezado e, tanto antes quanto depois desse intervalo de tempo, a força de interação entre os corpos é nula ou desprezível. (SILVA, 2011). As colisões podem ser classificadas em três tipos: a colisão elástica, a colisão parcialmente elástica e a colisão inelástica. A colisão é denominada elástica quando ocorre conservação da energia e do momento linear dos corpos envolvidos. A principal característica desse tipo de colisão é que, após o choque, a velocidade das partículas muda de direção, mas a velocidade relativa entre os dois corpos mantém-se igual. (TEIXEIRA, 2014). Sobre a colisão parcialmente elástica Essa colisão tem como característica um coeficiente de restituição com o resultado entre zero e um. A velocidade de afastamento é menor que a de aproximação e há a dissipação de energia, de modo que a energia cinética inicial é maior que a energia cinética final. (BISQUOLO, 2009). Já sobre a colisão inelástica, diz-se que 3 A colisão inelástica é aquela em que o coeficiente de restituição vale zero e para isso, a velocidade de afastamento deve valer zero. Com a velocidade de afastamento valendo zero, fica fácil concluir que após a colisão os corpos ficam juntos. Essa colisão também é caracterizada como sendo aquela com a maior dissipação de energia mecânica. (BISQUOLO, 2009). 2 RESULTADOS E ANÁLISES O vídeo produzido pela UNIVESP “Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões”, é ministrado pelos professores Gilda Costa marques e Claudio Furukawa, tem como objetivo realizar diferentes experimentos para abordar o assunto de colisões, explicando seus conceitos e fenômenos abordados, e para isso, é necessário definir o momento linear, que é o produto da massa pela velocidade de um objeto, e é a primeira grandeza a ser estudada na teoria das colisões. Figura 1 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões, [21:54] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg Durante a realização da prática do pêndulo de Newton, podemos observar dois fenômenos: a conservação do momento linear e a ação e reação. A conservação do momento linear se dá quando a bola que dará impulso se choca com as demais, transferindo sua energia, assim como o momento linear para as outras. A ação e reação é observada no choque da bola com a que estava ao seu lado e no movimento da bolinha na extremidade oposta. Na minutagem 6:20, quando o professor Claudio utiliza três bolas, acontece que, a primeira bola transmitirá a quantidade de movimento pra segunda, que transmitirá pra terceira. 4 A bola do meio ficará "parada", apenas transmitindo a quantidade de movimento e as forças de uma para a outra. Figura 2 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões, [21:54] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg Para que haja conservação, o número de bolinhas iniciais, devem ser iguais ao número final. O que acontece na minutagem 7:42 é justamente isso, mesmo que tenham sido valores diferentes. Foram movimentadas simultaneamente duas bolas de uma extremidade e apenas uma bola da outra extremidade. Enquanto em um lado se movimentava duas, no outro, se movimentava uma e vice-versa, logo, pode-se realizar variações de colisões, alterando-se as massas e a quantidade de bolinhas. A quantidade de movimento total é sempre constante. Figura 3 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões, [21:54] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg O professor Claudio dá continuidade com outras práticas, e o procedimento dado no minuto 8:53 consiste em colocar a bola de tênis sobre a bola de basquete em uma determinada altura. Ao soltá-las, a bola de tênis sobe muito mais enquanto a bola de basquete desce. Para que haja conservação do 5 movimento, como a bola de basquete possui uma massa maior, ao bater na mesa, transmite a quantidade de movimento para a bola de tênis. Como a bola de tênis possui uma massa bem inferior, para ganhar a mesma quantidade de movimento linear, precisa aumentar sua velocidade, isso explica a bola de tênis ter alcançado uma altura muito maior. Figura 4 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões, [21:54] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg No minuto 9:45, o professor realiza o procedimento que utiliza três bolas num mesmo eixo. Ao bater na superfície, a bola maior irá transferir o movimento para a bola média, que irá transferir para a menor, que também poderá transferir para uma bola menor. Portanto, a última bola, a menor, terá muito mais velocidade do que a primeira, que é a maior. Figura 5 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões, [21:54] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg O procedimento que ocorre no minuto 15:15 utiliza o choque entre em uma bola de bilhar, um bloco de madeira e uma massa de modelar. Quando realizado sem a massa de modelar, ocorre uma colisão que não há muita perda de energia, logo, a bola de bilhar consegue derrubar o bloco. O professor Gil 6 comenta que, levando em conta a energia antes e depois, pode ser considerada como uma colisão elástica. Já com a massa de modelar, a bola de bilhar não é capaz de derrubar o bloco. Isso acontece porque praticamente toda energia da bola não se transforma em energia cinética do bloco, e sim a energia que se transforma em trabalho para amassar a massa de modelar. Portanto, toda energia foi transformada em trabalho mecânico e por sua vez em calor, no final. Figura 6 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões, [21:54] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg A transformação de energia elástica em energia térmica acontece no minuto 17:42. O professor Gil comenta que, muitas vezes, em uma colisão, pode- se gerar calor, o que será demonstrado pelo professor Claudio e ressalta que, devemos levar em conta a energia elástica. O professor bate as duas bolas de aço rapidamente entre a folha de papel, gerando um furo. O professor Gil comenta que, ao realizar esse procedimento, sente-se cheiro de papel queimado. Figura 7 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões, [21:54] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg 7 Por fim, o procedimento que ocorre no minuto 20:00, é o canhão de Gauss. O procedimento apresenta algumas bolas dispostas numa placa de aço. A bola que está situada no início da placa é soltada com uma certa velocidade, fazendo que a bola que estava por último saia com a velocidade muito maior do que a bola lançada inicialmente. Isso aconteceporque na placa há um ímã de neodímio, que é muito potente, faz com que a bola lançada inicialmente sofra ação do campo magnético, logo, a bola é fortemente acelerada. Portanto, o professor conclui que há sim a conservação do momento. Figura 8 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões, [21:54] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg 3 PESQUISA 3.1 RECOMENDAÇÃO O vídeo “Experimento: Colisão de bolinhas de gude” apresentado pelo aluno Jeferson é uma proposta voltada para a conservação do movimento linear. Inicialmente, o aluno apresenta os materiais a serem utilizados, que são: uma cola, nove bolas de gude com três tamanhos distintos, quatro espetos e uma cartolina. Em seguida, ele realiza a montagem. Para isso, faz a colagem dos espetos na cartolina, os deixando paralelos, com espaço de aproximadamente um dedo. 8 Figura 9 – Experimento: Colisão de bolinhas de gude, [5:42] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=mPpvR8gHDNM Ao decorrer do vídeo, o aluno posiciona quatro bolas de gude no centro, e uma mais afastada para dar impulso. Ele diz que a bola a ser impulsionada irá adquirir uma certa velocidade e uma quantidade de movimento. Ao realizar esse procedimento, a bola colide com as demais e movimenta apenas a última. Ele repete o feito com duas bolas e as demais são espalhadas. Posteriormente, ele posiciona sete bolas de gude com tamanhos distintos no centro, e duas com tamanhos similares no início para impulsionar e movimenta as duas últimas. Por último, ele coloca apenas uma bola grande no centro e uma menor no início, e diz que a bola de gude menor parou por um momento ao colidir com a bola de gude maior, fazendo com que a maior saísse com um pouco de velocidade. Figura 10 – Experimento: Colisão de bolinhas de gude, [5:42] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=mPpvR8gHDNM Por fim, o aluno explique que isso acontece porque a quantidade de movimento que a bola menor tinha antes da colisão foi compensada depois da colisão pela massa da bola maior, então a bola maior sairá com a velocidade menor, mesmo possuindo massa superior, o que acaba compensando na 9 quantidade total de movimento do sistema. Antes da colisão, a quantidade total de movimento do sistema era somente da bola menor com velocidade maior, então, ela para e a quantidade total do sistema será somente da maior. Portanto, a quantidade de movimento inicial será a mesma da quantidade de movimento final. Figura 11 – Experimento: Colisão de bolinhas de gude, [5:42] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=mPpvR8gHDNM 3.2 ANÁLISE CRÍTICA Figura 12 – Experimento: Colisão de bolinhas de gude, [5:42] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=Gy7MccacfOQ a) Pontos fortes: o vídeo é rápido e direto; os alunos conceituam o assunto antes da prática, apresentando seus tipos e diferenças; possui cenário criativo; fazem uma demonstração do assunto de acordo com o cenário e conseguem explicar todo o assunto. b) Pontos fracos: os alunos deveriam introduzir o vídeo com cada componente se apresentando; alguns alunos pareciam estar com o texto 10 decorado; poderiam finalizar o conteúdo com uma breve conclusão, alguns componentes falaram rápido, impossibilitando de entender em certos momentos. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Através da realização do experimento, pôde-se compreender que, a colisão se dá pela interação entre dois ou mais corpos sem interações entre si, acarretando na alteração do estado final desses corpos. A associação do vídeo do curso da UNIVESP ao relatório foi de grande importância, porque os professores responsáveis por ministrar a aula conseguiram explicar completamente o assunto, sanando todas as dúvidas. A realização das práticas abordadas foi extremamente importante pois conseguiram nos explicar com diferentes aspectos sobre o tema abordado. 11 REFERÊNCIAS BISQUOLO, Paulo A. Colisões (2) – Tipos. Disponível em: < https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/colisoes-2-tipos.htm>. Acesso em 22 mai 2021. DA SILVA, Domiciano Correa Marques. Colisões unidimensionais. Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/colisoes-unidimensionais.htm>. Acesso em 22 mai 2021. TEIXEIRA, Mariane Mendes. Colisões elásticas e inelásticas. Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/colisoes-elasticas-inelasticas.htm>. Acesso em 22 mai 2021 COLISÕES. Disponível em: <https://propg.ufabc.edu.br/mnpef-sites/leis-de- conservacao/colisoes/#:~:text=Em%20f%C3%ADsica%2C%20entendemos%20 como%20processo,desses%20corpos%2C%20como%20a%20velocidade.>. Acesso em 22 mai 2021.
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