EXPERIMENTO 7: COLISÕES
ACADÊMICOS: CASSIO ISHIZU WIEHE GUILHERME FURLAN OSVALDO RAU NETO FERNANDO TETSUI
ENGENHARIA DE MATERIAIS – BLU02753B DISCIPLINA: FÍSICA 1 – EXPERIMENTAL PROFESSOR: DR. LUCAS CHAVERO
BLUMENAU – SC 2015
1. DADOS EXPERIMENTAIS 1.1 Gráficos 1.1.1 Velocidades da colisão elástica Velocidade dos carrinhos de massa m e m, colisão elástica
Velocidade dos carrinhos de massa m e 3m, colisão elástica
Velocidade dos carrinhos de massa 3m e m, colisão elástica
1.1.2 Velocidades da colisão inelástica Velocidade dos carrinhos de massa m e m, colisão inelástica
Velocidade dos carrinhos de massa m e 3m, colisão inelástica
Velocidade dos carrinhos de massa 3m e m, colisão inelástica
2. VELOCIDADES MÉDIAS DOS CARRINHOS Colisão elástica Caso 1
Caso 2
Caso 3
Antes
Depois
0,303 +- 0,002 m/s
0,0186 +- 0,0001 m/s
Carrinho 2 - massa m
-
0,260 +- 0,005 m/s
Carrinho 1 - massa m
0,414 +- 0,001 m/s
-0,174 +- 0,009 m/s
Carrinho 2 - massa 3m
-
0,180 +- 0,005 m/s
Carrinho 1 - massa 3m
0,260 +- 0,001 m/s
0,0801 +- 0,0009 m/s
Carrinho 1 - massa m
Carrinho 2 - massa m
-
0,337 +- 0,002 m/s
Carrinho 1 - massa m
0,408 +- 0,007 m/s
0,182 +- 0,005 m/s
Carrinho 2 - massa m
-
0,185 +- 0,006 m/s
Carrinho 1 - massa m
0,498 +- 0,007 m/s
0,114 +- 0,004 m/s
Carrinho 2 - massa 3m
-
0,114 +- 0,005 m/s
Carrinho 1 - massa 3m
0,228 +- 0,005 m/s
0,230 +- 0,005 m/s
Carrinho 2 - massa m
-
0,260 +- 0,0032 m/s
Colisão inelástica Caso 1 Caso 2 Caso 3
3. MOMENTO LINEAR DOS CARRINHOS Colisão elástica Caso 1
Caso 2
Caso 3
Antes
Depois
0,0807 +- 0,0005 kg.m/s
- 0,00495 +- 0,00003 kg.m/s
Carrinho 2 - massa m
-
0,069 +- 0,001 kg.m/s
Carrinho 1 - massa m
0,1103 +- 0,0003 kg.m/s
-0,046 +- 0,002 kg.m/s
Carrinho 2 - massa 3m
-
0,143 +- 0,005 kg.m/s
Carrinho 1 - massa 3m
0,207 +- 0,003 kg.m/s
0,0640 +- 0,0008 kg.m/s
Carrinho 2 - massa m
-
0,0898 +- 0,0005 kg.m/s
Carrinho 1 - massa m
Colisão inelástica Caso 1 Caso 2 Caso 3
Carrinho 1 - massa m
0,108 +- 0,002 kg.m/s
0,048 +- 0,001 kg.m/s
Carrinho 2 - massa m
-
0,049 +- 0,002 kg.m/s
Carrinho 1 - massa m
0,132 +- 0,002 kg.m/s
0,030 +- 0,001 kg.m/s
Carrinho 2 - massa 3m
-
0,091 +- 0,004 kg.m/s
Carrinho 1 - massa 3m
0,182 +- 0,004 kg.m/s
0,183 +- 0,005 kg.m/s
Carrinho 2 - massa m
-
0,0693 +- 0,0009 kg.m/s
4. IMPULSO SOFRIDO Colisão elástica Caso 1
Caso 2 Caso 3
Caso 1 Caso 2
Carrinho 2 - massa m
Antes -0,00496 +- 0,00003 kg.m/s 0,069 +- 0,002 kg.m/s
Carrinho 1 - massa m
-0,157 +- 0,003 kg.m/s
Carrinho 2 - massa 3m
0,138 +- 0,004 kg.m/s
Carrinho 1 - massa 3m
-0,260 +- 0,002 kg.m/s
Carrinho 1 - massa m
Carrinho 2 - massa m Colisão inelástica Carrinho 1 - massa m Carrinho 2 - massa m Carrinho 1 - massa m
0,0898 +- 0,0005 kg.m/s -0,061 +- 0.003 kg.m/s 0,049 +- 0,002 kg.m/s -0,101 +- 0,004 kg.m/s
Caso 3
Carrinho 2 - massa 3m Carrinho 1 - massa 3m Carrinho 2 - massa m
0,087 +- 0,004 kg.m/s 0,002 +- 0,008 kg.m/s 0,0692 +- 0,0008 kg.m/s
5. ENERGIA CINÉTICA DOS CARRINHOS
Caso 1
Carrinho 1 - massa m Carrinho 2 - massa m
Caso 2
Caso 3
Caso 3
0,000046 +- 0,0000005 Joules 0,0090 +- 0,0003 Joules
0,023 +- 0,001 Joules
0,0037 +- 0,0004 Joules
Carrinho 2 - massa 3m
0,0259 +- 0,0019 Joules
0,0124 +- 0,0007 Joules
Carrinho 1 - massa 3m
Carrinho 1 - massa m
Colisão inelástica 0,0222 +- 0,0007 Joules
Carrinho 2 - massa m Caso 2
Depois
Carrinho 1 - massa m
Carrinho 2 - massa m
Caso 1
Colisão elástica Antes 0,0012 +- 0,0002 Joules -
Carrinho 1 - massa m Carrinho 2 - massa 3m Carrinho 1 - massa 3m Carrinho 2 - massa m
0,0025 +- 0,0005 Joules 0,015132 +- 0,00018 Joules
0,0045 +- 0,0003 Joules 0,0045 +- 0,0003 Joules
0,0330 +- 0,0009 Joules
0,0017 +- 0,0001 Joules
0,0199+- 0,0009 Joules
0,0050 +- 0,0004 Joules 0,0203 +- 0,0009 Joules 0,0090 +- 0,0002 Joules
6. CONSERVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR E ENERGIA CINÉTICA Com a tolerância de 5% para as medições, todos os testes ultrapassaram os limites para conservação de energia ou para a conservação do momento linear, portanto, foi observado que em nenhum dos experimentos tanto a energia quanto o movimento linear não se conservaram. A energia cinética que não é conservada, se dissipa em forma de energia potencial elástica. No caso da colisão elástica, existem forças externas atuando, como por exemplo a força de atrito. Na colisão inelástica, como as partículas se
colidem, há uma deformação causando um rebatimento das partículas de tipo elástico, o que causa a dissipação de energia potencial elástica. 7. COEFICIENTE DE RESTITUIÇÃO Coeficiente de restituição para os carrinhos em cada caso:
Colisão elástica Caso 1 - m e m
0,54 +- 0,01
Caso 2 - m e 3m
0,77 +- 0,02
Caso 3 - 3m e m
0,26 +- 0,01
Colisão inelástica Caso 1 - m e m
0,41 +- 0,02
Caso 2 - m e 3m
0,5 +- 0,1
Caso 3 - 3m e m
0,26 +- 0,04
O coeficiente de restituição mede a razão entre as velocidades relativas de afastamento após um choque e de aproximação, antes do choque. Nas colisões inelásticas, o coeficiente é 0, pois os corpos “grudam” após o
choque e permanecem juntos. Ou seja, pode-se dizer que o coeficiente de restituição diz o quanto elástica ou inelástica é uma colisão. 8. O QUE OCORRE COM A MUDANÇA DAS MASSAS Consideremos dois carrinhos de massas m1 e m2, sendo m2 muito maior que m1. Em uma colisão em que o carrinho m1 atinge o carrinho m2, o carrinho de massa m1 ricocheteia e vai para o sentido negativo, andando de “ré”, enquanto que o
carrinho de massa m2, segue para frente com velocidade próxima do repouso. Explicando em uma equação:
Se o carrinho de massa m2 (mais pesado) é lançado contra o carrinho de massa m1, os corpos mantêm a mesma trajetória e permanecem juntos, com o carrinho de massa m1 adquirindo a momento linear do carrinho de massa m2. 9. ENERGIA DO CARRINHO NA ETAPA INTERMEDIÁRIA No momento em que ocorre a colisão a energia cinética se transforma em energia potencial elástica. Em uma fração de segundos ambos os corpos ficam parados e há uma deformação entre os carrinhos de caráter elástico, semelhante a uma mola. 10.ENERGIA CINÉTICA INICIAL E FINAL Em uma colisão, a energia cinética final pode ser maior que a energia cinética inicial, se houver influência de forças externas. Como, por exemplo, em uma colisão com uma explosão, a energia potencial da explosão é transformada em energia cinética. Assim, a energia cinética final é maior que a inicial. Esse tipo de colisão é chamada de super elástica e é indicada por um coeficiente de restituição maior que 1. Quando o coeficiente de restituição é igual a 0, a colisão é totalmente inelástica.