Colisões Elástica e Inelástica

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2.1.2 Colisão Inelástica Unidimensional

Em uma colisão inelástica o Momento Linear mantêm-se conservado, ao contrário da Energia Cinética, que diminui, através de sua transformação em outro tipo de energia, devido à ação de uma força externa. Logo, a energia cinética pode ser transformada, por exemplo, em energia térmica.

Assim as relações estabelecidas através das Equações 3, 4 e 5 também são válidas para a análise do comportamento das colisões neste caso. Pode-se classificar uma colisão inelástica em duas formas:

- Colisão Perfeitamente inelástica: Ocorre quando há uma perda total da energia cinética e os corpos assumem a mesma velocidade após o choque. Ou seja Vf=0e=0

- Colisão parcialmente inelástica: Ocorre quando há uma conservação da parte da energia cinética, de forma que a energia final é menor do que a energia inicial. Logo Vf é menor que Vi e e no intervalo menor que 0 e menor que 1.

- Coeficiente de restituição

“Existem duas fases durante uma colisão: a deformação e a restituição. Quando dois corpos que colidem entram em contato, inicia-se a fase da deformação, que se encerra quando os dois corpos ficam em repouso entre si. Imediatamente depois, inicia-se a fase da restituição que irá terminar com a separação dos corpos. Vale a pena ressaltar que nem sempre temos a restituição, ou seja, os corpos deformam de tal forma assim não retornando a sua forma inicial. Podemos utilizar como exemplo as colisões entre automóveis.

Considere os dois corpos A e B que foram usados de exemplo anteriormente. Observe que antes da colisão existe uma velocidade relativa de aproximação e após temos uma velocidade relativa de afastamento. O coeficiente de restituição é definido como sendo a divisão entre a velocidade de afastamento pela velocidade de aproximação.

e = V afastamento = v1f – v2f

V aproximação v2i – v1i

Equação 6

O coeficiente de restituição é uma grandeza adimensional, isto é, não tem unidade, o seu resultado deve estar no intervalo de 0 a 1 e com esse resultado é possível avaliar o tipo de colisão que ocorreu entre os corpos.”[2]

Assim, a colisão terá um maior caráter inelástico quando seu coeficiente de restituição aproximar-se de 0. Quanto mais próximo de 1, maior é o caráter elástico da colisão. [1]

Objetivo

Analisar o comportamento dos carrinhos 1 e 2 nos instantes anteriores e logo após suas colisões, verificando, a partir da conservação de energia e do momento linear, se a colisão realizada foi elástica ou inelástica.

Materiais e método

Materiais

- Trilho de ar EQ238C com cronômetro de rolagem de dados, sensores, e unidade de fluxo de ar

- Cronometro Digital Multifuncional EQ228B

- Sensor fotoelétrico (Photogate) EQ012M

- Unidade geradora de fluxo de ar EQ021A

- Massas acopláveis e suporte para massas

- Mola

Métodos

Na primeira parte do experimento, foi feito o nivelamento do trilho e gerado um fluxo de ar no sistema, de modo que não houvesse interferência no movimento no sistema suporte + massa. Com esses ajustes feitos, se posicionou os sensores S0 em 300 mm para a monitoração do carrinho 1 e em S2 à 800 m para a monitoração do carrinho 2. A massa do sistema foi medida através da pesagem do conjunto (A) carrinho 1 + massa 1 e conjunto(B) massas do suporte 2.

- Colisão Elástica

Após a montagem e a checagem de que o movimento do sistema (A), encontrou-se imóvel na presença do fluxo de ar. No primeiro experimento, utilizou-se 1 m2 = 4 m1 com v1 (inicial) = cte e v2 (inicial) = 0, realizou-se 10 ciclos repetidos desses. Cada ciclo foi observado e anotado os dados obtidos pelo cronometro multifuncional (função 8).

Na segunda variação do experimento 1, empregou-se 2 m2 = 2 m1 e com velocidades de v1 (inicial) = cte, v2 (inicial) = 0. Anotou-se os dados obtidos pelo cronometro (função 8). Realizou-se 10 ciclos repetidos.

Na terceira variação do experimento, empregou-se m2 = 3m1 e com velocidades de v1 (inicial) = cte, v2 (inicial) = 0. Anotou-se os dados obtidos pelo cronometro (função 8). Realizou-se 10 ciclos repetidos.

Na quarta variação, empregou-se m2 = m1 e com v1(inicial) = cte, v2(inicial) = cte. Anotou-se os dados obtidos pelo cronometro (função 8). Realizou-se 10 ciclos repetidos.

- Colisão Inelástica

Na segunda etapa do experimento, para simular uma colisão inelástica entre os dois suportes de massas e verificar se houve a conservação do momento linear e da energia cinética, usou-se os imãs do suporte de massas para que os corpos saíssem juntos. A razão de massa foi m2 = m1. Logo após, anotou-se os dados obtidos pelo cronometro funcional (função 8). Realizou-se 10 ciclos repetidos..

Na segunda avaliação de colisão inelástica, utilizou-se massas na seguinte proporção

m2 = 3 m1 e anotou-se os resultados obtidos. Realizou-se 10 ciclos repetidos.

Resultados e discussões

Parte A:

Tabela 1: m1=442,16 g, m2=1034,73 g, v1i= cte e v21=0

S0

Tempo

± δ (s)

x

± δ (m)

S0

Tempo ± δ (s)

x ± δ (m)

S1

Tempo ± δ (s)

x ± δ (m)

Ida

Volta

Volta

1

0,05025

±