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Instituto Federal da Bahia - Campus Vitória da Conquista Coordenação de Núcleo Comum Disciplina: Física Experimental I – Turma: 20201.3.135.1D (PC1) Atividades Educacionais Não Presenciais Emergenciais (AENPE)
Prática 3: Colisão Elástica Unidimensional
(enviar o relatório no formato.pdf para [email protected]) ROTEIRO
Nessa atividade iremos estudar colisões elásticas unidimensionais, analisando o comportamento temporal da energia total e do momento linear total durante a evolução do sistema. Para isso iremos nos basear em dados colhidos a partir de um Experimento Virtual (filmado – não é simulação).
OBJETIVOS
Comprovar a conservação da Energia Cinética e do Momento Linear em uma colisão elástica unidimensional; Fazer gráficos da energia versus tempo e momento linear versus tempo para as massas 𝑀 1 , 𝑀 2 e para o sistema (𝑀 1 + 𝑀 2 ).
RECURSO UTILIZADO
Experimento virtual disponível em: https://physika.info/site/index.php/14-ensino/22- srvieira/15-disciplinas-srv/29-fisexp1eng
SOBRE O EXPERIMENTO
Siga as instruções demonstradas durante a aula síncrona. Tenha em mente que o objetivo principal é a representação gráfica do momento linear e da energia cinética em função do tempo. Para tanto é necessário obter a posição e a velocidade de cada carrinho em função do tempo. Tais dados são obtidos a partir do experimento virtual. Lembre-se que devido ao fato do movimento dos carrinhos serem horizontais, a energia potencial (gravitacional) permanece constante. Além disso, não esqueça que o momento linear pode assumir tanto valores positivos como negativos, dependendo da direção do movimento, mas energia cinética é sempre positiva.
Figura 1 - Ilustração do experimento virtual.
Expressões básicas a serem usadas nas medidas:
v𝑖 = ∆𝑥 ∆𝑡𝑖 ; 𝐾𝑖 = 12 𝑀𝑖v𝑖^2 ; 𝑝𝑖 = 𝑀𝑖v𝑖 ; 𝐾𝑡𝑜𝑡 = 𝐾 1 + 𝐾 2 e 𝑝𝑡𝑜𝑡 = 𝑝 1 + 𝑝 2
Instituto Federal da Bahia - Campus Vitória da Conquista Coordenação de Núcleo Comum Disciplina: Física Experimental I – Turma: 20201.3.135.1D (PC1) Atividades Educacionais Não Presenciais Emergenciais (AENPE)
onde 𝑀𝑖 são as massas dos carrinhos (𝑖 = 1, 2), 𝑥𝑖 as posições, v𝑖 as velocidades
calculadas, 𝐾𝑖 a energia cinética de cada carrinho, 𝑝𝑖 os momentos correspondentes,
𝐾𝑡𝑜𝑡 a energia total do sistema e 𝑝𝑡𝑜𝑡 o momento linear total do sistema.
PASSO A PASSO DO PROCEDIMENTO
O presente experimento virtual consiste de 4 etapas:
Parte 1 : 𝑀 1 ≈ 𝑀 2 , Parte 2 : 𝑀 1 > 𝑀 2 , Parte 3 : 𝑀 1 < 𝑀 2 , Parte 4 : 𝑀 2 = ∞ (𝑀 1 ≪ 𝑀 2 )
Portanto, o presente “estudo” é composto por 4 etapas, cada qual com seus resultados, discussões e observações que devem ser escritas de forma distintas. As conclusões deverão apresentar um resumo global dessas observações.
- Faça um apanhado sobre a teoria envolvendo colisões elásticas (fundamentação teroria).
- De posse dos dados 𝑥𝑖(𝑡), calcule v𝑖(𝑡), 𝐾𝑖(𝑡), 𝑝𝑖(𝑡), 𝐾𝑡𝑜𝑡(𝑡) e 𝑝𝑡𝑜𝑡(𝑡).
- Para cada caso, faça gráficos de 𝐾 1 (𝑡), 𝐾 2 (𝑡), 𝐾𝑡𝑜𝑡(𝑡) em um mesmo gráfico. Use cores diferentes para cada curva, unindo os pontos experimentais com retas. Analise os resultados. A energia total se mantem constante? Existe dissipação de energia?
- Para cada caso, faça gráficos de 𝑝 1 (𝑡), 𝑝 2 (𝑡), 𝑝𝑡𝑜𝑡(𝑡) em um mesmo gráfico, com curvas em cores diferentes, unindo os pontos experimentais com retas. Analise os resultados. O momento total se mantem constante? Justifique.
- Para os casos 𝑀 1 < 𝑀 2 , e 𝑀 2 = ∞ (𝑀 1 ≪ 𝑀 2 ) ocorre alguma inversão na direção de movimento dos carrinhos?
- Compare as previsões teóricas com os resultados obtidos. Analise perdas de energia e momento, bem como suas causas. Aponte fontes de erro, tanto na coleta de dados como as que envolvem os cálculos. Ocorre propagação de erros? Justifique.
SUGESTÕES PARA REFERENCIAS
Apostilas sobre teoria de erros (UFBA) e unidades de medida (INMETRO) – Ver http://physika.info HALLIDAY, D.; RESNICK R. WALKER, J. Física 1 - Fundamentos de Física: Mecância. Rio de Janeiro: LTC. YOUNG, HUGH D.; FREEDMAN, ROGER A. SEARS E ZEMANSKY. Física I: Mecânica. São Paulo: ADDISON WESLEY.
OBS: nas páginas seguintes tabelas necessárias para coletas de dados.
Preencher as tabelas para as massas M 1 e M 2 conforme abaixo: Tempo: 𝑡 Posição: 𝑥 Velocidade: v = ∆𝑥∆𝑡 Energia cinética: 𝐾 = 12 𝑚v^2 Momento: 𝑝 = 𝑚v
Parte 2 – Massa M 1 = 0,5024 kg Parte 2 – Massa M 2 = 1,4943 kg
Preencher as tabelas para as massas M 1 e M 2 conforme abaixo: Tempo: 𝑡 Posição: 𝑥 Velocidade: v = ∆𝑥∆𝑡 Energia cinética: 𝐾 = 12 𝑚v^2 Momento: 𝑝 = 𝑚v
Parte 3 – Massa M 1 = 1,4965 kg Parte 3 – Massa M 2 = 0,5002 kg
