Relatório sobre colisões - As condições iniciais da colisão
Publicado em 25 de junho de 2012 por Leilany Campos Barreto Campos
UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL – UAB - UFPB VIRTUAL
POLO DE APOIO PRESENCIAL DE POMBAL
“JÁRIO VIEIRA FEITOSA”
LICENCIATURA EM CIÊNCIAS NATURAIS
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL
PROFESSOR: BRUNO CÉSAR
TUTOR: JOSEMBERTO COSTA
ALUNA: LEILANY CAMPOS BARRETO
MATRICÚLA: 91011111
ATIVIDADE 05 - “COLISÕES”
Pombal, 2012
AS CONDIÇÕES INICIAIS DA COLISÃO
Leilany Campos Barreto
RESUMO
Esse relatório consiste em mostra o comportamento dos corpos após a colisão. A Colisão é um acontecimento que é presenciado pelo ser humano em diversas formas, visto que a colisão entre automóveis acontecem frequentemente causando acidentes que tem proporções drásticas, sendo geralmente as que chamam mais atenção. Para entendermos melhor podemos mostrar usadas as leis de conservação de energia cinética e momento linear, conforme o tipo de colisão. Adiante estas leis serão descritas e usadas para encontrar resultados em casos simples de colisões unidimensionais entre dois corpos. Esse experimento que vamos mostrar ao decorrer desse relatório propõe um estudo sobre as leis físicas envolvidas na descrição das colisões. Além da tradicional explanação de princípios físicos, teremos a nossa disposição uma simulação onde poderá comprovar e testar os resultados obtidos a partir da teoria. Verá que muitos deles já lhes são comuns de seu cotidiano. O caso a ser estudado é dos mais elementares, mas a aplicação dos princípios é válida para fenômenos com qualquer nível de complexidade.
Palavras-Chave: Colisões. Movimento. Força. Ensino de Física.
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Universidade Federal da Paraíba Estudante do Curso de Graduação em Ciências Naturais
(Licenciatura a Distância). Polo de Apoio Presencial de Pombal PB “Jario Vieira Feitosa”
ABSTRACT
This report is to show the behavior of bodies after the collision. The collision is an event that is witnessed by mankind in various forms since the collision between cars causing accidents often happen that has drastic proportions, usually those most attention. To understand better we used to show the conservation laws of kinetic energy and momentum, depending on the type of collision. These laws are described below and used to find results for simple cases of one-dimensional collision between two bodies.
This experiment will show the course of this report proposes a study of the physical laws involved in the description of collisions. Besides the traditional explanation of physical principles, we have at our disposal a simulation where you can demonstrate and testthe results obtained from the theory. You will see that many of them are common to your daily life. The case study is the most basic, but the applications of the principles are valid for phenomena with any level of complexity.
Keywords: Collisions. Movement. Strength Physics Teaching.
I INTRODUÇÃO
As colisões podem ser vista de várias formas em nosso dia-a-dia, logo podemos identificar tipos de colisões simples que acontecem entre pessoas, objetos, na prática de diversos esportes, entre brincadeiras infantis, através de choque entre automóveis, entre outras. Mas no olhar da física as colisões possui características e dimensões diferentes, consiste no choque entre partículas elementares. Ou seja, é uma interação entre corpos, sendo possível distinguir os instantes correspondentes ao antes e ao depois da interação. Porém, os conceitos sobre colisões, são estudados em física por alunos em sala de aula, de forma que nem sempre são bem compreendidos, visto que seus conceitos são passados de forma muito resumida e complexa. No entanto, essa visão pode ter solução, pois através da aula prática o aluno poderá ter um contato maior com o conteúdo, podendo construir conceitos a partir do assunto trabalhado, favorecendo uma melhor compreensão dos fatos e resultados, proporcionando um aprendizado significativo. Portanto, este trabalho tem uma finalidade específica, na apresentação de um breve estudo sobre tipos de colisões, demonstrado a partir de uma animação onde se observa o poder dos princípios físicos entre teoria e a prática.
UM BREVE ESTUDO SOBRE COLISÕES
Colisões são as trocas de forças muito intensas e que provocam deformações nos corpos em contato, ou seja, é a interação entre dois ou mais corpos, com mútua troca de quantidade de movimento e energia. O choque entre bolas de bilhar é um exemplo, o movimento das bolas se altera após a colisão, elas mudam a direção, o sentido e a intensidade de suas velocidades. Outras colisões ocorrem sem que haja contato material, como é o caso de um meteorito que desvia sua órbita ao passar pelas proximidades de um planeta.
As colisões podem ser elásticas - são caracterizadas pela conservação da energia cinética, ou seja, o valor da energia cinética do sistema antes da colisão deve ser igual ao valor depois da colisão. De modo geral, esse tipo de colisão ocorre quando os corpos que estão colidindo não sofrem deformações permanentes. Exemplo: Choque perfeitamente elástico.
Já as colisões inelásticas são caracterizadas pela perda da energia cinética dos corpos envolvidos, ou seja, a energia cinética do sistema antes da colisão é maior que a energia cinética depois. Isso ocorre em função de parte da energia cinética do sistema se transformar em outras formas de energia (calor, energia sonora, deformação). Se após uma colisão os dois ficarem juntos, temos a situação onde há maior perda de energia cinética possível, estes tipos de colisão chamaram de perfeitamente inelástica. Exemplo de choque inelástico.
Por outro lado, tanto nas colisões elásticas e inelásticas há conservação da quantidade total de movimento do sistema, ou seja, Q total antes = Q total depois.
Vale ressaltar que em situações cotidianas, no mundo macroscópico, as colisões são sempre inelásticas, pois sempre há perda de energia cinética. Contudo, algumas colisões podem ser consideradas elásticas, quando essa perda for desprezível. Já no mundo das partículas subatômicas as colisões são quase que sempre consideradas elásticas.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Esta dinâmica foi realizada através de applet java que trabalha com casos de colisões entre dois vagões, seja a mesma foi desenvolvida por meio de uma animação controlada em um site pelo aluno, disponível em <http://www.walter-fendt. de/ph14br/collision_br.htm>. Indicado pelo Professor da Disciplina Física Experimental I. Durante a realização, foram manifestado movimentos de colisões elásticas, no qual dois ou mais corpos em movimento exercem forças relativamente fortes entre si, por um tempo relativamente curto, com a utilização das grandezas, massa e velocidade em diferentes ângulos. E por outro lado se trabalhou a colisão inelástica perfeita que a mesma pode obsevar que os vagões se movimentam de forma a concorrer por uma mesma posição em um dado instante de tempo, costuma-se dizer que estão em rota de colisão.
Então no primeiro procedimento, onde foram utilizadas as medidas:
VAGÃO 1 – m=1 kg, v= 5m/s e ao VAGÃO 2 – m=1 kg, v = 0m/s, podemos observar uma troca de energia, pois, a velocidade inicial do vagão 1 era V = 0.500m/s, após a colisão sua velocidade foi alterada para V = 0m/s. Podemos observar que a quantidade de movimento durante as colisões se conserva porque o tempo de interação é suficiente rápido para desprezar a interferência de forças dissipativas.
Enquanto no VAGÃO 2 ocorreu o contrário, a velocidade que inicialmente era 0m/s antes da colisão, após a colisão ela passou para V = 0.500m/s.
Já no segundo momento repetidos os mesmos procedimentos para os vagões 1 e 2, mudando apenas os valores medidas da massa e da velocidade. Seja no VAGÃO 1 – m=5 kg, V =1m/s; e VAGÃO 2 – m=1 kg, V =0m/s, sendo a velocidade inicial do vagão 1 v = 0.100 depois da colisão ela passou a ser v = 0,0667 m/s, e no VAGÃO - 2 a velocidade inicial era de 0 m/s e passou a ser 0,167m/s, nesse segundo momento a colisão foi mais demorada, o automóvel corria mais lento.
Quanto aos dados fornecidos ao VAGÕE 1 – m=1kg, v= 5m/s; e VAGÃO 2 – m=5kg, v= 0m/s, a velocidade inicial do vagão 1 foi de 0.500m/s passou a ser 0,333, no vagão 2 de 0m/s passou a 0.667m/s. Esta colisão foi diferente de todas, no momento choque houve separação dos corpos onde um realizou movimento para direita e outro para esquerda.
Portanto, a soma das energias cinéticas dos corpos envolvidos foi constante, ou seja, a colisão trabalhada foi à elástica. A relação entre a velocidade relativa dos dois vagões depois do choque e a velocidade relativa dos mesmos antes do choque é denominado coeficiente de restituição que é a razão entre a velocidade relativa de afastamento depois do choque, e a velocidade relativa de aproximação antes do choque das partículas. A velocidade relativa é calculada como a subtração da velocidade já que elas têm o mesmo sentido. Pois vimos que tanto faz a colisão ser elástica ou inelástica, o momento total dos corpos envolvidos é conservado.
Observamos que na colisão elástica a energia cinética e o momento linear dos corpos envolvidos permanecem os mesmos antes e depois da colisão. Diz-se que houve conservação de momento linear e energia, já na colisão inelástica os vagões após se colidirem movem-se juntos. E neste caso há máxima dissipação da energia mecânica. Como em toda colisão a quantidade de movimento imediatamente antes da colisão é igual à quantidade de movimento imediatamente após a colisão, mas a energia mecânica do sistema diminui durante a colisão, como os corpos movem-se juntos após a colisão, a velocidade relativa de afastamento entre eles é igual a zero, portanto o coeficiente de restituição é nulo.
CONCLUSÕES
Portanto, através dessa dinâmica desenvolvida a partir de uma animação controlada estudante, pode-se mostrar um modo experimental para obter os efeitos físicos envolvidos numa colisão entre dois corpos, em diferentes medidas e valores podendo observar apenas o movimento, seja o choque entre as duas esferas, durante a colisão. No entanto, ao desenvolver essa atividade pude aprender melhor sobre os conceitos de colisões, visto que a prática é o melhor caminho para atingir um aprendizado significativo sobre os conteúdos ministrado em física.
REFERÊNCIAS
ÁLVARES, Beatriz Alvarenga. LIMA, Everton. Colisões. Título II, Física I. (ensino médio).
Disponível em: <http://www.portalimpacto.com.br/docs/01EvertonVestF123e24.pdf.> Acessado em 19/04/2012.
<http://www.fsc.ufsc.br/~canzian/.../colisões/colisoes.html. > Acessado em 19/04/2012
<http://www.walter-fendt.de/ph14br/collision_br.htm. > Acessado em 19/04/2012
<http://www.walter-fendt. de/ph14br/collision_br.htm>.
<http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna> Acesso em
20/04/2012.
<http://www.youtube.com/watch?v=Js28nUp6ZjQ> Acesso em 20/04/2012
<http://www.infoescola.com/mecanica/colisoes/> Acesso em 20/04/2012
<http://www.conexaoprofessor.rj.gov.br/sala_de_aula_entrevista-03.asp> Acesso em 20/04/2012
<http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/N1/4artigo.htm> Acesso em 20/04/2012
<http://www.walter-fendt.de/ph14br/collision_br.htm> Acesso em 20/04/2012