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A .L .1.4 COLISÕES

FÍSICA 12.ºANO

BREVE INTRODUÇÃO

As colisões estão presentes no dia-a-dia e em todas as escalas espaciais: as

estrelas e as galáxias podem chocar, assim como as partículas elementares nos

aceleradores de partículas. É, aliás, do resultado destas colisões que extraímos

grande parte da informação sobre os constituintes da matéria.

Nas colisões há conservação do momento linear. Pretende-se com este trabalho

que o aluno verifique experimentalmente a conservação do momento linear em

colisões, a variação de energia cinética em colisões inelásticas e determine um

coeficiente de restituição.

OBJECTIVOS

• Distinguir colisões elásticas, inelásticas e perfeitamente inelásticas.

• Identificar as forças que actuam nos corpos antes, durante e após a

colisão.

• Aplicar a Terceira Lei de Newton ao sistema durante a colisão.

• Reconhecer que o momento linear de um sistema de dois corpos se

mantém constante quando a resultante das forças exteriores é nula.

• Reconhecer que há variação da energia cinética numa colisão

perfeitamente inelástica.

• Calcular o coeficiente de restituição numa colisão.

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TRABALHO LABORATORIAL

MATERIAL E EQUIPAMENTO (POR GRUPO)

• 2 carrinhos com rodas com pouco atrito

• calha ou calha de ar

• 2 células fotoeléctricas ou 2 sensores de posição (sonar)

• relógio digital (ou computador ou calculadora gráfica e respectivo

software).

PROCEDIMENTOS

I – VERIFICAÇÃO DA CONSERVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR E MEDIÇÃO

DA VARIAÇÃO DA ENERGIA CINÉTICA DO SISTEMA NA COLISÃO

1. Fazer um carrinho, colocado sobre uma calha na horizontal, passar por

uma primeira célula fotoeléctrica, indo colidir com outro, parado entre a

primeira célula e uma segunda célula fotoeléctrica, numa colisão

perfeitamente inelástica.

2. Determinar o momento linear do sistema antes e após a colisão e a

energia cinética do sistema antes e após a colisão.

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3. Verificar se há ou não conservação das grandezas referidas quando se faz

variar a massa dos carrinhos.

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II - DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE RESTITUIÇÃO

1. Com a calha na horizontal, lança-se um carrinho com uma ponteira

elástica (ou magnete), que vai chocar com a extremidade da calha onde

se colocou também uma ponteira elástica (ou magnete).

2. Com uma célula fotoeléctrica pode medir-se a velocidade antes e após a

colisão.

3. Faz-se a experiência para vários lançamentos, de modo a construir um

gráfico que relacione essas duas velocidades e permita calcular o

coeficiente de restituição.

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REGISTO E TRATAMENTO DE DADOS

CHOQUE PERFEITAMENTE INELÁSTICO

Largura do pin = 2 cm

Após o choque os carrinhos deslocaram-se juntos.

m1

(kg)

m2

(kg)

t

(s)

t'

(s)

v

(ms-1)

v'

(ms-1)

pi

(kg ms-1)

pf

(kg ms-1) Eci (J) Ecf (J)

0.258 0.508 35.041 112.769 0.571 0.177 0.147 0.136 0.042 0.012

0.258 0.508 41.576 130.700 0.481 0.153 0.124 0.117 0.030 0.009

0.258 0.508 27.004 83.366 0.741 0.240 0.191 0.184 0.071 0.022

0.258 0.508 34.307 106.753 0.583 0.187 0.150 0.144 0.044 0.013

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

A realização deste trabalho, permitiu aos alunos visualizarem colisões de vários

tipos: elásticas, inelásticas e perfeitamente inelásticas. Por limitações de

equipamento, foi apenas possível realizar quantitativamente a primeira parte do

protocolo, tendo-se comprovado que se tratava de uma colisão perfeitamente

inelástica.

Na verdade, como em qualquer colisão, verifica-se que há conservação do

momento linear, sendo pi=pf (note-se que as pequenas variações são devidas a

erros experimentais). No entanto, no que respeita à energia cinética, não há

conservação da mesma como acontece nas colisões elásticas. Antes, a energia

cinética diminui após a colisão, e dado a diminuição ser tão acentuada,

podemos dizer que se trata de uma colisão perfeitamente inelástica.

Não foi possível determinar o coeficiente de restituição, por não se ter realizado

a segunda pate do protocolo.

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CONSIDERAÇÕES

1. Deveria ter-se realizado, na parte 1 do protocolo, a determinação da

velocidade quando se fez variar a massa do 2º carrinho.

BIBLIOGRAFIA

Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., & Paixão, J. A. (2009). 12 F - Física - 12.º

ano. Lisboa: Texto Editores, Lda.

Fiolhais, M., & al., e. (2004). Programa de Física, 12º ano. Ministério da

Educação.