Escola Estadual Caetano Pinto Data:16/06/2020
Aluno (a): série: 1° Ano D Professor: Gilson Lucas Xavier de Oliveira
Atividades Pedagógicas Complementares (APCs)
Queridos alunos, segue a apostila IV e os exercícios da semana.
As atividades é para serem respondidas e entregues até terça:
23/06.
Segue a apostila com o texto e exemplos sobre Impulso,
Quantidade de Movimento, e Colisões unidimensionais e objetos celestes, com suas respectivas atividades. FAÇAM SOMENTE AS QUESTÕES NO CADERNO. (NÃO PRECISA COPIAR O TEXTO EXPLICATIVO, MUITO MENOS OS EXEMPLOS).
Assim terminamos o conteúdo do primeiro bimestre. Semana que vem começamos a todo vapor o do segundo!!!!! Dúvidas entre em contato comigo.
1. Façam uma pesquisa em seu caderno sobre Colisões entre objetos celestes Coloquem exemplos. (Nota de 0 a Dez).
16 U
UNIDADE E
Capítulo Impulso
e quantidade de movimento
ma partida de bilhar é um excelente laboratório de colisões. Durante o jogo, as bolas colidem, tro- cam energia e alteram o sentido dos seus movimen- tos, obedecendo uma lei muito importante da Física: a O impulso e a quantidade de
movimento são duas grandezas vetoriais relacionadas pelo teorema do impulso. A conservação da quantidade de movimento é um dos princípios fundamentais da Física. Sua aplicação nos aceleradores de partículas permitiu uma série de descobertas responsáveis por grande parcela do desenvolvimento científico de nossa era.
16.1 Impulso de uma força A força e o intervalo de tempo durante o qual ela age definem a grandeza física vetorial impulso de uma força.
16.2 Quantidade de movimento de um corpo
Massa e velocidade definem a grandeza física vetorial quantidade de movimento de um corpo.
16.3 Teorema do impulso Relaciona o impulso da força resultante com a variação da quantidade de movimento.
16.4 Conservação da quantidade de movimento A quantidade de movimento, de um sistema de corpos isolados de forças externas, conserva-se.
16.5 Choques
Qualquer que seja o tipo de choque ocorre a conservação da quantidade de movimento, antes e após a colisão.
quantidade de movimento sempre se conserva.
Seção 16.1
Objetivos Conceituar impulso de uma força constante.
Conhecer as unidades de medida do impulso.
Calcular a intensidade do impulso de uma força constante por meio do gráfico F # t.
Generalizar o cálculo da intensidade do impulso de uma força de direção constante e intensidade variável, por meio do gráfico F # t.
Termos e conceitos
• impulso
Impulso de uma força
Considerando que uma força atua num corpo durante um certo inter- valo de tempo, cabem as perguntas: Será que o produto da força pelo intervalo de tempo tem, em Física, tanta importância quanto o produto da força pelo deslocamento? Será que esse produto também está rela- cionado a algum princípio de conservação?
Para ambas as questões a resposta é positiva. O produto da força pelo intervalo de tempo constitui o impulso da força e é muito importante nos fenômenos físicos. Essa grandeza está associada, como veremos, ao princípio da conservação da quantidade de movimento.
Considere uma força constante F atuando num ponto material durante um intervalo de tempo St t2 t1 (fig. 1). O impulso I dessa força cons- tante nesse intervalo de tempo é a grandeza vetorial dada por:
F
t 2
t 1
Figura 1.
Sendo uma grandeza vetorial, o impulso possui intensidade, direção e sentido.
• Intensidade (módulo): OI O OF OSt
• Direção: a mesma de F (paralelo a F )
• Sentido: o mesmo de F (pois St é positivo)
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de intensidade do impulso é newton # segundo (N 3 s).
A partir do gráfico da intensidade F da força atuante em função do tempo, é possível calcular a intensidade do impulso. Na figura 2, é mos- trado o gráfico em questão para uma força F constante. A intensidade do impulso no intervalo de tempo St considerado é numericamente igual à área do retângulo destacado nesse gráfico. Essa área é dada por:
Na intenção de marcar o gol, o jogador de handebol aplica uma força na bola durante um intervalo de tempo, conferindo-lhe impulso.
A FSt ] (numericamente)
Figura 2.
Se a força F tem direção constante e se sua intensidade varia em função do tempo, de acordo com o gráfico da figura 3, para a determinação do impulso devemos recorrer necessa- riamente ao cálculo de áreas. A área A1 destacada (fig. 3A) representa numericamente a intensidade do impulso num
324
F I = Ft
A I
F F
0 t t
A
I FSt
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
curto intervalo de tempo. A soma de áreas como a anterior, considerando intervalos de tempo St extremamente pequenos (St p 0), é a área total A delimitada pela curva da função e pelo eixo do tempo (fig. 3B), que numericamente é a intensidade do impulso da força no intervalo de tempo t1 a t2.
A B
F1
t 1 t Figura 3.
t 2 t t 1 t 2 t
| I | = A (numericamente)
O pé do jogador está aplicando um impulso à bola.
R. 142 Ao dar o saque “viagem ao fundo do mar” num jogo de vôlei, um jogador aplica uma força de intensidade 6,0 3 102 N sobre a bola, durante um intervalo de tempo de 1,5 3 10 1 s. Calcule a intensidade do impulso da força aplicada pelo jogador.
Solução:
Sendo F 6,0 3 102 N a intensidade da força aplicada e St 1,5 3 10 1 s o intervalo de tempo de sua ação, a inten- sidade do impulso será dada por:
I FSt ] I (6,0 3 102) 3 (1,5 3 10 1) ] Resposta: 90 N 3 s
R. 143 Uma partícula se movimenta sob ação de uma força de direção cons- tante e cuja intensidade varia com o tempo de acordo com o gráfico.
Determine:
a) o módulo do impulso da força no intervalo de tempo de 0 a 6,0 s;
b) a intensidade da força constante que produz o mesmo impulso que a força dada no intervalo de tempo de 0 a 6,0 s.
ExErcícIos rEsolvIDos
F
A F
A1
I 90 N 3 s
F (N) 12
0 2,0 4,0 6,0 t (s)
Capítulo 16• Impulso e quantidade de movimento
326
Solução:
a) O módulo do impulso no intervalo de tempo de 0 a 6,0 s corresponde numericamente à área A da figura (área do trapézio):
A 6,0 1 2,0
3 12 48 ] 2
b) A força constante que produz o mesmo impulso que uma força variável no mesmo intervalo de tempo é cha- mada força média. No caso, para calcular sua intensidade, podemos usar a fórmula:
I FSt ] 48 F 3 6,0 ] Respostas: a) 48 N 3 s; b) 8,0 N
P. 380 Uma força age sobre um corpo durante 2 s na direção vertical, orientada de baixo para cima, com intensidade de 20 N. Dê as características (direção, sentido e intensidade) do impulso dessa força.
P. 381 Uma partícula de massa 0,6 kg está em queda livre. Dê as características do impulso do peso da partícula durante 3 s de movimento. (Dado: g 10 m/s2.)
P. 382 Uma partícula se movimenta sob ação de uma força de direção constante e cujo valor algébrico varia com o tempo, de acordo com o gráfico.
Determine:
a) o módulo do impulso da força nos intervalos de tempo de 0 a 4,0 s e de 0 a 6,0 s;
b) a intensidade da força constante que produz o mesmo impulso da força dada no intervalo de tempo de 0 a 6,0 s.
ObservAÇÃO:
Valor algébrico negativo da força no gráfico indica que a força apresenta sentido oposto ao inicial.
F (N) 12
A
0 2,0 4,0 6,0 t (s)
ExErcícIos propostos
F (N) 30
0 –15
2,0 4,0 6,0 t (s) I 48 N 3 s
F 8,0 N
Unidade E • Os princípios da conservação Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
Seção 16.2 Quantidade de movimento de um corpo
Objetivos Conceituar quantidade de movimento de
Considere um corpo de massa m com velocidade m v
v num determinado referencial (fig. 4). A quantidade de movimento, ou momento linear, desse corpo é um corpo e de um
sistema de corpos.
Conhecer a unidade de medida da quantidade
a grandeza vetorial dada por: Q = mv
Figura 4.
de movimento.
Termos e conceitos
• quantidade de movimento
Sendo uma grandeza vetorial, a quantidade de movimento possui intensidade, direção e sentido.
• Intensidade (módulo): OQO mOvO
• Direção: a mesma de v (paralela a v )
• Sentido: o mesmo de v (pois m é positivo)
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade do módulo da quan- tidade de movimento é o quilograma # metro por segundo (kg 3 m/s).
Quantidade de movimento de um sistema de corpos
A quantidade de movimento de um sistema de corpos, num certo referencial e num instante t, é a soma vetorial das quantidades de movimento de cada corpo, nesse instante. Assim, sendo Q1, Q2, ..., Qn as quantidades de movimento dos corpos, no instante t, a quantidade de movimento Q do sistema será:
Por exemplo, considere duas pequenas esferas de massas m1 m2 m com velocidade v1 e v2 de módulos v1 4v e v2 3v. O módulo da quanti- dade de movimento de cada esfera é dado por:
Q1 m1 3 v1 m 3 4v ] Q1 4m 3 v Q2 m2 3 v2 m 3 3v ] Q2 3m 3 v
Vamos determinar a quantidade de movimento do sistema de esferas para dois casos:
Q mv
Q Q1 1 Q2 1 ... 1 Qn
Q2 Q = Q1 + Q2
Q2
Q = Q1 + Q2
Q1 Q1
1 2
] Q2 (4m 3 v)21 (3m 3 v)2] ] Q 5m 3 v
] Q 4m 3 v 3m 3 v ] ] Q m 3 v
Q2 Q21 Q2 ]
1 2 ] Q Q Q
v2
v1
v1
b) v1 e v2 têm direções perpendiculares entre si
v 2
a) v1 e v2 têm mesma direção e sentidos opostos
Capítulo 16• Impulso e quantidade de movimento
328
Q 7 kg 3 m/s
R. 144 Uma partícula de massa m 0,20 kg possui, num certo instante, velocidade v de módulo v 10 m/s, direção horizontal e sentido da direita para a esquerda. Determine, nesse instante, o módulo, a direção e o sentido da quantidade de movimento da partícula.
Solução:
No instante considerado a quantidade de movimento tem as seguintes características:
• módulo: Q mv
v Q 0,20 3 10 ]
• direção: a mesma de v, isto é, horizontal
• sentido: o mesmo de v, isto é, da direita para a esquerda Resposta: 2,0 kg 3 m/s, horizontal, da direita para a esquerda.
m
Q = mv
R. 145 Uma partícula de massa m 0,5 kg realiza um movimento obedecendo à função horária s 5 1 2t 1 3t2, para s em metros e t em segundos. Determine o módulo da quantidade de movimento da partícula no ins- tante t 2 s.
Solução:
Comparando s 5 1 2t 1 3t2 com
s s0 1 v0t 1 1 At2, concluímos que v0 2 m/s e A 6 m/s2. 2
De v v0 1 At, vem: v 2 1 6t
Para t 2 s, resulta: v 2 1 6 3 2 ] v 14 m/s Sendo Q mv, vem: Q 0,5 3 14 ]
Resposta: 7 kg 3 m/s
P. 383 Uma partícula de massa 2,0 kg apresenta, num certo instante, velocidade horizontal, orientada da esquerda para a direita com módulo igual a 5,0 m/s. Determine as características (direção, sentido e intensidade) da quantidade de movimento da partícula nesse instante.
P. 384 Um móvel se desloca numa trajetória retilínea, obedecendo à função horária s 3 1 4t 4t2. Sendo 4 kg a massa do móvel, determine o módulo da quantidade de movimento desse móvel nos instantes:
a) t 0; b) t 0,5 s; c) t 4 s.
P. 385 No exercício anterior, compare o sentido da quantidade de movimento nos instantes t 0 e t 4 s.
P. 386 A quantidade de movimento de uma partícula de massa 0,20 kg tem módulo 1,0 kg 3 m/s. Determine a energia cinética da partícula.
P. 387 Uma partícula de massa 0,10 kg parte do repouso com aceleração constante. Após 10 s encontra-se a 50 m da posição de partida. Determine o módulo da quantidade de movimento nesse instante.
ExErcícIos rEsolvIDos
ExErcícIos propostos
Q 2,0 kg 3 m/s
Entre na rede No endereço eletrônico http://www.seara.ufc.br/folclore/folclore28.htm (acesso em julho/2009), leia o artigo A POLÊMICA entre os conceitos de QUANTIDADE de movimento, forÇA-VIVA, enerGIACINÉTICA e impulso.
Unidade E • Os princípios da conservação Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
Seção 16.5
Objetivos Classificar os tipos de choque.
Definir coeficiente de restituição.
Relacionar o coeficiente de
Choques
Uma colisão entre dois corpos que se movem numa mesma reta, antes e depois da colisão, é chamada de choque frontal ou unidimensional.
Considere, então, uma colisão frontal de um corpo A com um corpo B (fig. 6), na qual os corpos não sofram deformações permanentes. Consi- dere ainda A e B isolados de forças externas.
v0
restituição ao tipo de choque.
Analisar a variação da quantidade de movimento nos choques.
Termos e conceitos
A v = 0
A B
B
A B
C
vA vB
A B
• choque parcialmente elástico
• choque perfeitamente inelástico
• choque superelástico
• choque perfeitamente elástico
• velocidade relativa
• coeficiente de restituição
Figura 6. Choque perfeitamente elástico: Ecfinal 5 Ecinicial
Durante um intervalo de tempo muito curto, A e B sofrem deformações elásticas (fig. 6B), havendo transformação de energia cinética inicial de A em energia potencial elástica dos corpos deformados. Quase que instantaneamente os corpos restituem sua forma inicial, com a retrans- formação da energia potencial elástica em energia cinética. Do ponto de vista ideal admitamos que nessa deformação/restituição não haja dissipação de energia.
A quantidade de movimento também se conserva durante a colisão, pois o sistema de corpos é isolado de forças externas. Assim, na análi- se de um choque perfeitamente elástico, temos dois pares de equações, antes e depois da colisão: a conservação da quantidade de movimento e a conservação da energia cinética, conforme mostrado no quadro a seguir.
Se a energia cinética final é igual à energia cinética inicial, a colisão é chamada choque perfeitamente elástico.
Choques perfeitamente elásticos
v0
A
v = 0 B
vA
A
vB
B
Antes da colisão Depois da colisão
Q 5 m v Qd 5 mAvA 1 mBvB
a A 0
Ec 5 mAv0
2
2 E 5 m v2
cd
A A B B
1 m v2
a 2 2
Conservação da quantidade de movimento Conservação da energia cinética Q 5 a Q ] d m v 5 A O m v 1 A A m v B B E 5 ca E cd ] m vA O 2 5 m vA A 2 1 m vB B 2
Unidade E • Os princípios da conservação Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
338
Teste de colisão frontal entre dois carros, cada um a 56 km/h. A filmagem do impacto pode ser usada para melhorar o design dos veículos e a segurança nas estradas.
Há choques diferentes dos perfeitamente elásticos: um corpo A (por exemplo, uma pequena esfera) choca-se com um corpo B muito deformável (por exemplo, um corpo feito de “massa de vidraceiro”) e, após o choque, A se aloja no interior de B. Devido à resistência que o corpo B oferece à penetração de A, há dissipação de energia e, consequentemente, elevação de temperatura dos corpos.
Em choques desse tipo ainda se conserva a quantidade de movimento, pois as forças que aparecem são internas, mas não se conserva a energia cinética (veja o quadro seguinte). A energia cinética final é menor que a inicial, e a diferença corresponde à energia térmica, à energia sonora e ao trabalho de deformação permanente.
No choque perfeitamente inelástico, se não soubermos a energia dissipada, só dispomos de uma equação para sua análise — a da conservação da quantidade de movimento.
Se o choque se situa entre o perfeitamente elástico e o perfeitamente inelástico, ele é chamado de parcialmente elástico. Nesse choque também há conservação da quantidade de movimento e perda de energia cinética, mas os corpos se separam após o choque, ao contrário do que acontece no perfeitamente inelástico.
Choques em que os corpos se deformam de tal maneira que permaneçam unidos após a colisão são denominados choques perfeitamente inelásticos.
v0 A
v
B A B
Antes da colisão Depois da colisão
Qa 5 mAv0 Eca 5 m vA 0 2
2 Qd 5 (mA 1 mB) 3 v Ecd 5
(m 1 A m ) 3 B v2 2
Conservação da quantidade de movimento Qa 5 Qd ] mAvO 5 (mA 1 mB) 3 v
Máxima dissipação da energia:
Eca . Ecd Choques perfeitamente inelásticos
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Capítulo 16 • Impulso e quantidade de movimento
Coeficiente de restituição
Para medir a variação da energia cinética eventualmente ocorrida num choque, é comum recorrer a uma grandeza adimensional chamada coeficiente de restituição (e), que corres- ponde à razão entre a velocidade relativa* de afastamento dos corpos depois do choque e a velocidade relativa de aproximação antes do choque:
No choque perfeitamente elástico, como há conservação de energia cinética, a velocidade relativa de aproximação tem módulo igual ao da velocidade relativa de afastamento. Portanto, nesse choque, e 5 1.
No choque perfeitamente inelástico, os corpos prosseguem juntos, pois há alojamento de um no outro e consequentemente é nula a velocidade relativa de afastamento (fig. 7). Portanto, nesse choque, e 5 0.
Figura 7. Choque perfeitamente inelástico: os corpos permanecem juntos após a colisão.
Entre essas situações extremas, há o choque parcialmente elástico, em que há perda de energia cinética, mas a velocidade relativa de asfastamento não é nula. Nesse tipo de choque, o coeficiente de restituição tem um valor intermediário entre 0 e 1, isto é, 0 e 1.
Principais tipos de choque
Coeficiente de
restituição Energia Quantidade de
movimento
choque perfeitamente
inelástico e 5 0 Máxima
dissipação
Constante Qantes 5 Qdepois
choque parcialmente
elástico 0 e 1 Dissipação
parcial
Constante Qantes 5 Qdepois
choque perfeitamente
elástico e 5 1 Conservação
da energia cinética
Constante Qantes 5 Qdepois
Há ainda os choques superelásticos, nos quais e . 1 e há ganho de energia, evidentemen- te à custa de outra forma de energia. Ocorrem frequentemente choques superelásticos nas reações nucleares: um próton atinge um núcleo de lítio, formando duas partículas que saem com energia cinética maior que a do próton incidente.
Na resolução de exercícios de choques é comum estabelecermos uma equação com a con- servação da quantidade de movimento e outra com o coeficiente de restituição, em lugar da conservação ou dissipação de energia.
Para recordar o conceito de velocidade relativa de aproximação e de afastamento, veja o quadro apresentado no capítulo 3, página 52.
velocidade relativa de afastamento (depois) e 5
velocidade relativa de aproximação (antes)
Antes da colisão v0
Projétil
Depois da colisão v
Entre na rede No endereço eletrônico http://www.walter-fendt.de/ph11br/collision_br.htm (acesso em junho/2009), você pode simular colisões entre dois vagões, havendo a possibilidade de alterar a velocidade e a massa de cada um.
Você pode, ainda, optar por colisões elásticas ou inelásticas e analisar o que ocorre com a quantidade de movimento e a energia cinética do conjunto, antes e depois da colisão.
Unidade E • Os princípios da conservação Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
*
340
v
B
B A B
B
Observação
A energia cinética e o coeficiente de restituição
Considere a colisão frontal entre dois corpos, A e B, de massas mA e mB, respectiva- mente. Vamos representar os corpos imediatamente antes e imediatamente depois da colisão. Observe que, antes da colisão, A se aproxima de B e, depois da colisão, B se afasta de A.
m v0A
A
m m m
v0B vA B
B A B
Antes da colisão Depois da colisão
Sejam mAe mBas massas dos corpos A e B, v0Ae v0Bas velocidades antes da colisão e vAe vBas velocidades imediatamente depois da colisão. Aplicando a conservação da quantidade de movimento e observando que os vetores têm a mesma direção, temos:
mA 3 v0A 1 mB 3 v0B 5 mA 3 vA 1 mB 3 vB ] ] mA 3 (v0A 2 vA) 5 mB 3 (vB 2 v0B) (1)
A energia cinética se conserva nos choques perfeitamente elásticos e, nos demais tipos de choque, a energia cinética inicial é maior do que a energia cinética final. Desse modo, temos:
m 3 v2
A 0A
1 m 3 v2
B 0B
>m 3 v2
A A
1 m 3 v2
2 2 2 2 ]
m 3 v2 ] A 0A 2
m 3 v2
A A
>m B 3 v2B mB
2
2 0B ]
2 2 2 2
] mA 3 (v0A 1 vA) 3 (v0A 2 vA) > mB 3 (vB 1 v0B) 3 (vB 2 v0B) (2) De (1) e (2), resulta:
v0A 1 vA > vB 1 v0B ] ] v0A 2 v0B > vB 2 vA
Portanto:
velocidade relativa de aproximação (antes do choque)
velocidade relativa
> de afastamento (depois do choque)
Nestas condições, temos:
velocidade relativa de afastamento (depois) velocidade relativa de aproximação (antes) < 1
Por definição, o quociente acima é o coeficiente de restituição, e. Assim, temos:
e < 1
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Capítulo 16 • Impulso e quantidade de movimento
3 v
A
vB 5 v0
m
v0
B C D E A
A B C D v0
E R. 154 Dois corpos A e B iguais e de mesma massa m
estão numa mesa perfeitamente lisa e horizontal.
A choca-se com B num choque perfeitamente elás- tico e frontal, com velocidade v0. Prove que, após o choque, A permanece em repouso e B adquire a velocidade v0.
Solução:
Antes
No pêndulo múltiplo da figura II, uma esfera abandonada troca de velocidade com as outras, elevando-se a última esfera (figs. IIA e IIB). Se inicialmente abandonarmos duas esferas, há trocas de velocidades e elevam-se duas esferas (figs. IIC e IID).
Analogamente, se corpos iguais A e B, ambos com velocidades (vA 5 8 m/s e vB 5 5 m/s), chocam-se elástica e frontalmente, trocam igual- v0
v = 0 mente de velocidade (vA 5 5 m/s e vB 5 8 m/s), conforme a figura III.
A m B m
Depois
vA vB
A B
Choque perfeitamente elástico
Pretendemos provar que, após a colisão, vA 5 0 e vB 5 v0.
(I) Conservação da quantidade de movimento Antes da colisão: Q a 5 mv0
Depois da colisão: Q d 5 mvA 1 mvB
Aplicando o princípio da conservação, temos:
Q a 5 Q d
mv0 5 mvA 1 mvB
v0 5 vA 1 vB
(II) Coeficiente de restituição e 5 1 (choque perfei- tamente elástico)
velocidade relativa de afastamento (depois) e 5 velocidade relativa de aproximação (antes) velocidade relativa de aproximação (antes da colisão) 5 v0 (pois v0
B 5 0)
velocidade relativa de afastamento (depois da co- lisão) 5 vB 2 vA (admitindo evidentemente vB . vA)
Para qualquer número de elementos de um pêndulo múltiplo vale a regra: quando a primeira esfera se choca, a última se eleva.
A
B
Figura I.
A B
1 5vB 2 vA
] v 2 v 5 v x v0 B A 0
Resolvendo o sistema de equações (somando membro a membro):
v0 5 vA 1 vB ] 2v 5 2v ] C D
v0 5 vB 2 vA x 0 B
] e
ObservAÇÃO:
A conclusão desse exercício é bastante impor-
tante: Figura II.
8 m/s 5 m/s
m m
A B
Considere a seguir esferas idênticas.
Na figura I, em colisões elásticas há uma troca 5 m/s 8 m/s
sucessiva de velocidades, de A para B, de B para C, ..., e a última esfera E adquire a velocidade inicial da primeira.
m m
A B
Figura III.
exercícios resolvidos
vA 5 0 m
Corpos idênticos em colisões elásticas e frontais trocam de velocidades.
Unidade E • Os princípios da conservação Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
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vB 5 1,25 m/s R. 155 Seja um choque perfeitamente elástico de dois cor-
pos A e B. A velocidade de cada corpo está indicada na própria figura e suas massas são mA 5 2 kg e mB 5 10 kg. Determine as velocidades de A e B após o choque.
Solução:
Adotando um eixo orientado da esquerda para a direita:
8,0 m/s 2,0 m/s
Antes A B
6 m/s 1 m/s
4,0 kg 12 kg
A B
Solução:
Nesse caso não há troca de velocidades, pois as massas dos corpos não são iguais.
Eixo adotado +
Antes da colisão:
Q a 5 14,0 3 8,0 2 12 3 2,0 ] Q a 5 8,0 kg 3 m/s
Antes 6 m/s 1 m/s
vA vB
2 kg 10 kg
Eixo adotado +
Depois
vA vB
Choque perfeitamente elástico (I) Conservação da quantidade de movimento
Em relação ao eixo adotado, temos:
• antes da colisão
Q a 5 12 3 6 2 10 3 1 ] Qa 5 2 kg 3 m/s
Depois da colisão: Q d 5 24,0 3 vA 1 12 3 vB
Como Q a 5 Q d, temos:
8,0 5 24,0vA 1 12vB (: 4) 2,0 5 2vA 1 3,0vB
Como e 5 0,30, temos:
• velocidade relativa de aproximação (antes):
8,0 m/s 1 2,0 m/s 5 10 m/s
• velocidade relativa de afastamento (depois):
vB 1 vA
• depois da colisão
Q d 5 110vB 2 2vA
Pelo princípio da conservação, vem:
Q a 5 Q d ] 2 5 10vB 2 2vA ] 5vB 2 vA 5 1
e 5 0,30 5 vB 1 vA
] v
10 B
Resolvendo o sistema:
1 vA5 3,0 x
(II) Coeficiente de restituição
velocidade relativa de aproximação (antes da colisão): 6 m/s 1 1 m/s 5 7 m/s
velocidade relativa de afastamento (depois da colisão): vB 1 vA
e 5 1 (choque perfeitamente elástico)
2vA 1 3,0vB 5 2,0 ] 14,0vB 5 5,0 ] vA 1 vB 5 3,0 x
] e
Resposta: vA 5 1,75 m/s e vB 5 1,25 m/s nos sen- velocidade relativa de afastamento (depois)
e 5 ]
velocidade relativa de aproximação (antes)
tidos indicados.
R. 157 Considere uma bola de bilhar chocando-se perpen- ] 1 5 vB 1 vA
] v
7 B 1 vA5 7 x dicularmente contra uma parede com velocidade v, num choque perfeitamente elástico. Seja m a
Resolvendo o sistema: massa da bola e St o intervalo de tempo que dura
5vB
v 2vA 5 1 ] o choque. Supondo conhecidos m, v e St, determine
a intensidade da força média que a parede exerce
B 1 vA 5 7 x
vA 5 17 m/s ] vA 7 5,67 m/s
] 3
vB 5 4 m/s ] vB 7 1,33 m/s 3
sobre a bola.
Solução:
A bola retorna com a mesma velocidade v em módulo, pois o choque é perfeitamente elástico.
Adotamos um eixo no sentido de retorno da bola.
Resposta: vA 7 5,67 m/s e vB 7 1,33 m/s nos sen- tidos indicados.
ObservAÇÃO:
Se uma das velocidades resultasse negativa, sig- nificaria sentido contrário ao adotado para essa velocidade.
R. 156 Os dois corpos da figura, de massas mA 5 4,0 kg e mB 5 12 kg, deslocam-se numa mesa perfeitamente lisa, com velocidade de módulos 8,0 m/s e 2,0 m/s.
Sendo e 5 0,30 o coeficiente de restituição do cho- que entre os corpos, determine os módulos das velocidades de A e B após a colisão e o sentido de seus movimentos.
Antes
Choque perfeitamente elástico
8,0 m/s 2,0 m/s
A B
(I) Quantidade de movimento Antes da colisão: Q a 5 2mv
(negativo, pois está em sentido oposto ao eixo) Depois da colisão: Q d 5 1mv
Depois A B
2 kg 10 kg
vA 5 1,75 m/s
+ Eixo adotado F
v m
Depois v
m
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Capítulo 16 • Impulso e quantidade de movimento
