Relatório Colisões Física experimental I - UFRN

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA TEÓRICA E EXPERIMENTAL 
LABORATÓRIO DE FÍSICA I 
 
 
 
 
 
 
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL I 
DOCENTE: 
TÍTULO DO EXPERIMENTO: COLISÕES 
DATA: 18/10/2019 
 
DISCENTES: 
 
 
 
 
 
Natal/RN 
2019 
 
 
 
 
OBJETIVOS: 
• Estudar a conservação de momento linear nas colisões elásticas e inelásticas; 
• Estudar a conservação de energia nas colisões elásticas e inelásticas. 
MATERIAL UTILIZADO: 
• Trilho de ar com compressor; 
• Dois carrinhos; 
• Batedor para choque elástico; 
• Prendedor para choque perfeitamente inelástico; 
• Módulo Interface Phywe (Basic Unit – Cobra 3); 
• Disparador mecânico; 
• Massa adicionais variadas; 
• Balança; 
• Fios diversos, cabos e o computador com programa Measure. 
Figura 1. Materiais utilizados no experimento: 
 
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA: 
• Momento linear: quantidade de movimento linear em que um corpo ou partícula 
possui. Relaciona a inércia do corpo com sua velocidade. Sua representação 
matemática é o produto da massa pela velocidade. 
• Conservação do momento linear: em um sistema fechado (que não troca 
matéria com o meio externo e nem possui forças agindo sobre ele), o momento 
linear é constante. 
• Conservação da energia mecânica: a energia mecânica de um objeto, na 
ausência de atrito, não se altera. 
• Colisão elástica: encontro de dois corpos em que a energia cinética e o 
momento linear total do sistema se conservam. 
• Colisão inelástica: tipo de colisão na qual a energia cinética do sistema não é 
conservada. 
• Dissipação de energia: em um sistema dinâmico, modelos mecânicos perdem 
energia ao longo do tempo. 
INTRODUÇÃO: 
Nesse experimento, será demonstrado a teoria das colisões, amparadas 
pela teoria de conservação do momento linear e da conservação de energia. Para 
isso, foram realizados choques em apenas uma dimensão entre dois corpos onde 
o alvo encontrava-se em repouso. Dessa forma, sabendo as condições do sistema 
antes do choque, determina-se o que ocorre com os corpos depois do choque e, 
assim, a ideia é analisar os resultados dos dois tipos de colisões: o elástico e o 
perfeitamente inelástico. As notações adotadas para as grandezas serão: “m” para 
massa, “v” para velocidade, “EC” para energia cinética, “p” para o momento linear. 
Além disso, dependendo da situação, essas grandezas receberão índices que 
podem ser “2” ou “1” para diferenciar “alvo” do projétil. E, recebem um índice “i” 
quando for a situação inicial ou “f” e caso de final. 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: 
Inicialmente, foi realizado o experimento de colisão do tipo elástico, em que 
tanto o momento linear como a energia cinética do sistema se conservam, 
situação representada nas equações abaixo: 
Figura 2. Equações das conservações de momento linear e energia cinética: 
 
Dessa forma, liga-se o trilho de ar e solta-se o projétil, que atinge o alvo, e 
o sensor medirá as velocidades no momento inicial e no momento final. Esse 
procedimento será feito três vezes: na primeira vez com a massa do alvo e projétil 
sendo iguais; na segunda vez, acrescenta-se 100g ao projétil, deixando-o com 
mais massa que o alvo; e, na terceira vez, acrescenta-se 100g ao alvo e retira-se 
as 100g do projétil. Na segunda parte do procedimento experimental, realiza-se a 
colisão do tipo totalmente inelástico, colocando-se o batedor de agulha em um dos 
carrinhos e o batedor com cera no outro, repetindo-se as três situações citadas 
anteriormente no choque elástico. 
ANÁLISE DOS RESULTADOS: 
• CHOQUE ELÁSTICO: 
Tabela 1. Caso 1 (m1 = m2 antes da colisão): 
 Massa (kg) Velocidade 
inicial (m/s) 
Energia 
cinética inicial 
(J) 
Momento 
linear inicial 
(Kgm/s) 
Projétil (m1) 0,19 1,16 0,13 0,22 
Alvo (m2) 0,19 0,00 0,00 0,00 
 
Tabela 2. Caso 1 (m1 = m2 depois da colisão): 
 Velocidade final 
(m/s) 
Energia cinética 
final (J) 
Momento linear 
final (kgm/s) 
Projétil (m1) 0,00 0,00 0,00 
Alvo (m2) 1,12 0,12 0,21 
 
 Tabela 3. Caso 2 ( m1 > m2 antes da colisão): 
 Massa (kg) Velocidade 
inicial (m/s) 
Energia 
cinética inicial 
(J) 
Momento 
linear inicial 
(Kgm/s) 
Projétil (m1) 0,29 0,92 0,12 0,27 
Alvo (m2) 0,19 0,00 0,00 0,00 
 
 Tabela 4. Caso 2 (m1>m2 depois da colisão): 
 Velocidade final 
(m/s) 
Energia cinética 
final (J) 
Momento linear 
final (kgm/s) 
Projétil (m1) 0,00 0,00 0,00 
Alvo (m2) 1,09 0,11 0,21 
 
 Tabela 5. Caso 3 (m1 < m2 antes da colisão): 
 Massa (kg) Velocidade 
inicial (m/s) 
Energia 
cinética inicial 
(J) 
Momento 
linear inicial 
(Kgm/s) 
Projétil (m1) 0,19 1,19 0,14 0,22 
Alvo (m2) 0,29 0,00 0,00 0,00 
 
 Tabela 6. Caso 3 (m1 < m2 depois da colisão) : 
 Velocidade final 
(m/s) 
Energia cinética 
final (J) 
Momento linear 
final (kgm/s) 
Projétil (m1) 0,00 0,00 0,00 
Alvo (m2) 0,89 0,11 0,26 
 
• CHOQUE PERFEITAMENTE INELÁSTICO: 
Tabela 7. Caso 1 ( m1 = m2 antes da colisão): 
 Massa (kg) Velocidade 
inicial (m/s) 
Energia 
cinética inicial 
(J) 
Momento 
linear inicial 
(Kgm/s) 
Projétil (m1) 0,19 1,17 0,13 0,22 
Alvo (m2) 0,19 0,00 0,00 0,00 
 
 Tabela 8. Caso 1 ( m1 = m2 depois da colisão): 
 Velocidade final 
(m/s) 
Energia cinética 
final (J) 
Momento linear 
final (kgm/s) 
Projétil (m1) 0,54 0,03 0,10 
Alvo (m2) 0,54 0,03 0,10 
 
 Tabela 9. Caso 2(m1> m2 antes da colisão): 
 Massa (kg) Velocidade 
inicial (m/s) 
Energia 
cinética inicial 
(J) 
Momento 
linear inicial 
(Kgm/s) 
Projétil (m1) 0,29 0,93 0,13 0,27 
Alvo (m2) 0,19 0,00 0,00 0,00 
 
 Tabela 10. Caso 2(m1 > m2 depois da colisão): 
 Velocidade final 
(m/s) 
Energia cinética 
final (J) 
Momento linear 
final (kgm/s) 
Projétil (m1) 0,49 0,03 0,14 
Alvo (m2) 0,49 0,02 0,09 
 
 Tabela 11. Caso 3 (m1 < m2 antes da colisão): 
 Massa (kg) Velocidade 
inicial (m/s) 
Energia 
cinética inicial 
(J) 
Momento 
linear inicial 
(Kgm/s) 
Projétil (m1) 0,19 1,63 0,25 0,31 
Alvo (m2) 0,29 1,63 0,38 0,47 
 
 Tabela 12. Caso 3(m1 < m2 depois da colisão): 
 Velocidade final 
(m/s) 
Energia cinética 
final (J) 
Momento linear 
final (kgm/s) 
Projétil (m1) 0,37 0,01 0,07 
Alvo (m2) 0,37 0,02 0,11 
 
 
 
 
CONCLUSÃO: 
 Pode-se afirmar que o experimento obteve sucesso, mais uma vez graças ao 
aparato instrumental, diminuindo a porcentagem de erro consideravelmente. Após os 
resultados obtidos para as duas situações (choque elástico e perfeitamente 
inelástico), conclui-se que os resultados foram bem próximos e coerentes. No entanto, 
é necessário citar erros aleatórios inevitáveis, tais como resistência do ar ou atrito do 
trilho que foi amenizado com o canhão do ar. Nas colisões elásticas houve 
conservação de energia cinética e momento linear e, na perfeitamente inelástica, a 
energia mecânica não foi conservada, mas o momento linear conservou-se, 
evidenciando o sucesso do procedimento experimental. 
REFERÊNCIAS: 
• Fundamentos de Física 2 - 8ª ed, D. Halliday, R. Resnick and J. Walker. Rio 
de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos Editora, 2009 
• Física 1 - 6ª ed, P. Tipler, Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos 
Editora, 2009