Teoria das Colisões

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UNIVERSIDADE CATÓLICA DO SALVADOR – UCSAL
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
FÍSICA EXPERIMENTAL I
MATUTINO
Maisa Guedes Amorim Santos
TEORIA DAS COLISÕES
Salvador
2021
1 INTRODUÇÃO
O principal objetivo deste relatório é estudar e analisar a Teoria das Colisões, apresentar seus conceitos para o máximo entendimento do leitor, tal como fornecer uma noção de como elas afetam as grandezas escalares (como momento linear e energia cinética), também nos permite determinar as diferenças entre colisões elásticas e inelásticas na prática. Neste relatório também haverá uma análise de um vídeo de um curso da UNIVESP, a fim de executar os procedimentos do roteiro em questão.
Segundo Joab Silas da Silva Júnior (2017) “Um sistema só é considerado conservativo se não existir ação de forças externas, portanto, para um sistema conservativo, o impulso é nulo”. Com isso em mente, podemos escrever o seguinte: A quantidade final de movimento no sistema deve ser exatamente igual à quantidade inicial de movimento. Ao compreender a quantidade de movimento do sistema pode ser salvo, você pode compreender uma variedade de situações. Um exemplo é determinar a velocidade de recuo de uma arma depois de disparar uma bala.
Me. Diego Lopes Dias (2016) explica que: “A Teoria das Colisões explica os choques entre átomos e moléculas presentes em um meio material e é um fator fundamental para a ocorrência de uma reação química”. Foi proposta pelos químicos Max Trautz e William Lewis no início do século 20. Apontaram que a ocorrência de reações químicas depende de orientação favorável e colisão efetiva (impacto efetivo) entre as partículas do reagente. Energia maior do que a energia mínima (energia de ativação) necessária para que a reação ocorra.
As colisões podem ser classificadas em três tipos: a colisão elástica, a colisão parcialmente elástica e a colisão inelástica. Conforme descrita por Paulo Augusto Bisquolo (2017) “A colisão elástica é aquela em que o coeficiente de restituição vale 1 e por isso as velocidades relativas de afastamento e aproximação são iguais”. É também a única colisão que retém energia mecânica, ou seja, a energia cinética antes da colisão é igual à energia cinética após a colisão.  A colisão elástica é uma condição idealizada, tornando-se impossível a sua ocorrência no cotidiano, pois sempre haverá perda de energia.
Sobre a Colisão parcialmente elástica, Paulo Augusto Bisquolo (2017) considera que: “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”. Para esse tipo de colisão o coeficiente de restituição é entre 0 e 1 (0 < e < 1). As colisões do mundo macroscópico são na sua maioria choques parcialmente elásticos.
Por fim, “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”. Paulo Augusto Bisquolo (2017). Esse tipo de colisão também é caracterizado sendo aquele com a maior dissipação de energia mecânica. As colisões inelásticas apresentam coeficiente de restituição igual a zero (e=0). Outro ponto sobre a colisão inelástica é a máxima perda de energia cinética durante o choque, assim, respeitando a conservação da quantidade de movimento.
2 RESULTADOS E ANÁLISES
Figura 1 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões [21:54]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg
O vídeo apresentado aborda o tema de Colisões, que foi produzido pelo Professor Gil da Costa Marques e o Professor Claudio Furukawa da UNIVESP. O objetivo principal deste vídeo é tratar deste tema e realizar as práticas do ensino de Física I.
Figura 2 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões [21:54]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg
Para que o pêndulo múltiplo funcione, deve-se levantar a bola de uma das pontas e soltá-la. Depois que essa operação for concluída, ela colidirá com a bola e transferirá energia e movimento para o sistema, de modo que a bola na outra extremidade subirá na mesma altura. Os principais princípios teóricos aplicados serão: Ação e reação: isso pode ser visto a partir da colisão da bola com a próxima bola e o movimento da bola na outra extremidade; Conservação do momento linear: quando a bola atinge uma bola próxima e transfere toda a sua energia e momento linear para a bola do outro lado.
Figura 3 – Práticas para o Ensino de Física I - Aula 08 – Colisões [21:54]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg
Quando as duas esferas que são liberadas no ar as outras duas também sobem, observa-se sua energia gravitacional potencial na cinética, que há uma certa quantidade de movimento. Este momento é transmitido para as outras esferas o que atingir por último. O momento linear deve ser contínuo, portanto, não diminui durante a passagem de uma esfera para outra. No final, temos a quantidade de valor de movimento igual que tínhamos no início.
Figura 4 – Práticas para o Ensino de Física I – Aula 8 – Colisões [21:54]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg
Este procedimento utiliza uma bola de basquete e uma bola de tênis, que soltando as duas na mesma altura elas alcançam mais ou menos a mesma altura. Colocando a bola de tênis sobre a bola de basquete e as soltando, a bola de tênis alcança uma altura muito maior que sua altura inicial, e assim é usada a conservação da energia mecânica e a energia elástica. A bola de basquete tendo uma massa maior, quando atinge a superfície transfere sua quantidade de movimento para a bola de tênis. 
Figura 5 – Práticas para o Ensino de Física I – Aula 8 – Colisões [21:54]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg
Para este procedimento com três bolas solas no mesmo eixo, a maior vai bater na superfície passando seu momento para a bola média e a média para a bola menor. A bola menor pode passar esse momento para uma bola bem menor que ela, que alcançará uma velocidade bem maior.
Figura 6 – Práticas para o Ensino de Física I – Aula 8 – Colisões [21:54]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg
Utilizando uma bola de brilhar e um bloco de madeira, colocando uma massa de modelar no bloco pode-se observar dois tipos de choque, com o lado do bloco sem a massa de modelar e o outro lado com ela. Soltando a bola do lado sem a massa, observa-se que não se tem perda de energia, conseguindo derrubar o bloco. Do lado do bloco com a massa a bola não consegue derrubar o bloco, toda a energia da bola só tem capacidade de amassar a massa que está no bloco.
Figura 7 – Práticas para o Ensino de Física I – Aula 8 – Colisões [21:54]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg
Batendo duas bolas de ferro entre uma folha de papel as duas bolas aquecem, e observa-se que a folha do papel queima. Sendo assim, ilustra a transformação de energia mecânica em energia térmica.
Figura 8 – Práticas para o Ensino de Física I – Aula 8 – Colisões [21:54]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=AXztP7QjWFg
Este último procedimento chama-se canhão de Gauss, tendo três bolinhas, e uma outra do lado oposto. Fazendo um pouco de movimento contra o imã entre elas, a última bolinha tem uma velocidade muito maior do que a que se movimentou, não havendo a conservação do momento. A bolinha que se aproxima contra o imã, ela sofre a ação do campo magnético, sendo fortemente acelerado, por causa da força magnética.
3 PESQUISA
3.1 RECOMENDAÇÃO
Figura 9 – Experimento: Colisão de bolinhas de gude [5:42]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=mPpvR8gHDNM
Ao iniciar o vídeo o aluno se apresenta e explica que o experimento que irá realizar é sobre a colisão voltada para a conservação do momento linear. A partir disso, ele revela os materiais que irão ser utilizados para o procedimento, que são: 1 colanormal, 5 bolinhas médias, 5 bolinhas de gude, 4 palitos de churrasco, e 1 cartolina. Para a montagem o aluno cola os 2 palitos sobre a cartolina, e os outros 2 palitos com espaço para as bolinhas ficarem entre eles.
Figura 10 – Experimento: Colisão de bolinhas de gude [5:42]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=mPpvR8gHDNM
Para a observação do procedimento coloca-se as cinco bolinhas médias sobre o espaço entre os palitos, depois ele afasta uma das bolinhas e dá um impulso contra as outras, adquirindo uma velocidade e uma quantidade de movimento fazendo com que a última bolinha se mova. O aluno repete o mesmo procedimento com duas bolinhas, e as duas últimas se movem. Após isso, ele troca as duas bolinhas médias por duas bolinhas de gude e observa que com uma bolinha média, as duas bolinhas de gude se movem. Partindo daí, acrescenta mais duas bolinhas de gude e utiliza as duas bolinhas que havia removido, e lança essas duas sobre as outras, e as quatro bolinhas de gude se movem. 
Figura 11 – Experimento: Colisão de bolinhas de gude [5:42]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=mPpvR8gHDNM
Ao final do vídeo, o aluno lança uma bolinha de gude sobre uma bolinha média, e observa que ela se move. Ele explica que pela força que ele lançou a bolinha de gude ela parou e a bolinha média se moveu, e isso porque a quantidade de movimento que a bolinha de gude tem antes da colisão, foi compensada pela massa da bolinha média, então, a bolinha média vai ter menor velocidade que a bolinha de gude. Porém, a massa da bolinha média é maior, então compensa em relação a quantidade de movimento do sistema. Pois, antes da colisão a quantidade total de movimento era somente da bolinha de gude, então ela para, e a quantidade de movimento vai ser a mesma de antes da colisão e depois dela.
3.2 ANÁLISE CRÍTICA
Figura 12 – Teoria da Colisão – UCSal 2017.1 Física [3:51]
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=Gy7MccacfOQ
· Cinco pontos fortes: boa apresentação; explicação sobre o assunto; apresentação dos conceitos; demonstração da colisão; e todos os alunos se apresentaram.
· Cinco pontos fracos: áudio do vídeo baixo; os alunos se mostraram um pouco nervosos e com texto decorado; a iluminação do vídeo; a postura de dois alunos que se sentaram na mesa; o encerramento do vídeo.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A colisão é um acontecimento em que dois ou mais corpos se chocam e exercem suas forças por um intervalo relativamente curto. Como exemplos de colisões podemos citar: acidente de automóveis, jogos de sinuca... São três os tipos de colisões: as colisões elásticas, colisões parcialmente elásticas, e colisões perfeitamente inelásticas. 
O momento linear é uma grandeza vetorial obtida pela massa de uma partícula por sua velocidade. Considerando o conceito, a quantidade de movimento ou momento linear de uma massa é a quantidade de matéria em movimento.
REFERÊNCIAS
JÚNIOR, Joab Silas da Silva. “Conservação da quantidade de movimento”. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/conservacao-quantidade-movimento.htm > Acesso em: 17 de Maio de 2021.
DIAS, Diogo Lopes. "Teoria das Colisões". Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-cinetica-teoria-colisao.htm > Acesso em 17 de maio de 2021.
BISQUOLO, Paulo Augusto. “Colisões”. Disponível em: https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/colisoes-2-tipos.htm > Acesso em: 19 de Maio de 2021.