Conteúdos
Este roteiro de estudos de física tem como objetivo definir o conceito de colisões e fornecer exemplos que demonstrem como elas ocorrem. Após a indicação de leitura, algumas questões são apresentadas, visando uma maior fixação do conteúdo.
O material também conta com uma sugestão de vídeo, possibilitando um maior aprofundamento do tema. Na última etapa, há alguns exercícios resolvidos.
Objetivos
- Compreender o que é uma colisão;
- Classificar os tipos de colisões; e
- Resolver exercícios que envolvam cálculos sobre colisões.
Conteúdos / Objetos do conhecimento:
- Colisões.
Palavras-chave:
Colisões. Colisões elásticas. Colisões inelásticas. Momento de deformação. Restituição.
Proposta de trabalho:
Este material busca apoiar a capacitação dos alunos na compreensão e na prática relacionada aos princípios da conservação do momento linear e da conservação da energia cinética em problemas de colisão.
Explore os materiais fornecidos como base, atentando-se para as respostas a cada pergunta orientadora. Durante a leitura, tome nota de quaisquer dúvidas que surgirem, aproveitando para praticar as questões em seu caderno. Após os estudos, escreva um breve resumo sintetizando os principais conceitos aprendidos e resolva as questões propostas.
1ª Etapa: Colisões
Pergunta orientadora: O que são colisões?
Leia o texto “A Física das colisões” – Raciocina Física
Acesso em: 14 de abril de 2024.
A partir da leitura do texto acima, responda às seguintes perguntas:
1) O que é uma colisão elástica? Dê um exemplo.
2) O que é uma colisão inelástica? Dê um exemplo.
3) Explique por qual razão a conservação do momento linear é importante em uma colisão.
Para saber mais, assista:
Tipos de colisões e a conservação do momento linear – Física Interativa
Acesso em: 14 de abril de 2024.
Gabarito
1) Uma colisão elástica é quando os corpos não sofrem deformações permanentes, fazendo com que a energia mecânica total do fenômeno seja conservada. Um exemplo é o jogo de sinuca, ou mesmo uma bola de gude.
2) Uma colisão inelástica é quando os corpos envolvidos se movem juntos após a colisão. Um exemplo é quando atiramos uma bolinha de massa de modelar contra uma bola de bilhar, pois a bolinha de massa de modelar se fixará à bola de bilhar e seguirá em movimento junto com ela.
3) A conservação do momento linear é importante em uma colisão porque trata diretamente da terceira lei de Newton, ou lei da ação e reação. Aplicando essa lei ao fenômeno, observamos que, em um sistema isolado, a quantidade total de movimento antes e depois da colisão permanece a mesma. Dessa forma, independentemente das forças atuantes na colisão, o momento total do sistema permanecerá constante, desde que nenhuma força aja sobre ele.
2ª Etapa: Deformação e restituição
Pergunta orientadora: O que é deformação e restituição em um sistema de colisões?
Assista ao vídeo:
Tipos de colisões e a conservação do momento linear – Física Interativa.
Acesso em: 14 de abril de 2024.
A partir do conteúdo apresentado no vídeo, responda às seguintes perguntas:
1) O que ocorre num momento de deformação em uma colisão?
2) O que é restituição numa colisão?
3) O que é coeficiente de restituição?
Gabarito
1) A partir do primeiro contato entre os corpos, a energia cinética que os corpos possuíam anteriormente à colisão pode ser transformada em energia elástica, de maneira total ou parcial. Quando essa transformação de energia ocorre, instantaneamente os corpos que colidem param, e a energia potencial elástica é armazenada e posteriormente convertida novamente em energia cinética na próxima fase, que chamamos de restituição.
2) Na restituição, a energia potencial elástica armazenada nos corpos durante o momento da colisão será transformada em energia cinética. Por conta disso, os corpos não sofrem deformação permanente, apenas durante o choque.
3) O coeficiente de restituição (e) relaciona a velocidade de afastamento e a velocidade de aproximação entre os corpos que estão se chocando. A fórmula utilizada para calcular o coeficiente de restituição é:
3ª Etapa: Cheque seus conhecimentos
Resolver questões é extremamente importante para fixar um assunto quando estudamos física.
Abaixo, seguem alguns exemplos de questões sobre o tema estudado.
1) Um bloco A, deslocando-se com velocidade vA em movimento retilíneo uniforme, colide frontalmente com um bloco B, inicialmente em repouso. Imediatamente após a colisão, ambos passam a se locomover unidos, na mesma direção em que se locomovia o bloco A antes da colisão. Baseado nestas informações e considerando que os blocos possuem massas iguais, é correto afirmar que:
a) a velocidade dos blocos após a colisão é vA/2 e houve conservação de quantidade de movimento e de energia.
b) a velocidade dos blocos após a colisão é vA e houve conservação de quantidade de movimento e de energia.
c) a velocidade dos blocos após a colisão é vA e houve apenas conservação de energia.
d) a velocidade dos blocos após a colisão é vA/2 e houve apenas conservação de quantidade de movimento.
e) a velocidade dos blocos após a colisão é vA/2 e houve apenas conservação de energia.
2) (Cesgranrio-RJ) Um carrinho de massa m1 = 2,0 kg, deslocando-se com velocidade V1 = 6,0 m/s sobre um trilho horizontal sem atrito, colide com outro carrinho de massa m2 = 4,0 kg, inicialmente em repouso sobre o trilho. Após a colisão, os dois carrinhos se deslocam ligados um ao outro sobre esse mesmo trilho. Qual a perda de energia mecânica na colisão?
a) 0 J
b) 12 J
c) 24 J
d) 36 J
e) 48 J
3) Supondo que uma arma de massa 1kg dispare um projétil de massa 10g com velocidade de 400 m/s, calcule a velocidade do recuo dessa arma.
a) -2 m/s
b) -4 m/s
c) -6 m/s
d) -8 m/s
e) -10 m/s
4) (Fuvest) Uma partícula se move com velocidade uniforme V ao longo de uma reta e choca-se frontalmente com outra partícula idêntica, inicialmente em repouso. Considerando o choque elástico e desprezando atritos, podemos afirmar que, após o choque:
a) as duas partículas movem-se no mesmo sentido com velocidade V/2.
b) as duas partículas movem-se em sentidos opostos com velocidades – V e + V.
c) a partícula incidente reverte o sentido do seu movimento, permanecendo a outra em repouso.
d) A partícula incidente fica em repouso e a outra se move com velocidade V.
e) as duas partículas movem-se em sentidos opostos com velocidades – V e 2V.
Gabarito
1) No exercício, é dada a informação que os blocos passam a se locomover juntos. Dessa forma, temos uma colisão inelástica, na qual a energia cinética não se conserva.
Por outro lado, se observarmos melhor como os blocos não estão sujeitos a forças externas, podemos dizer que a quantidade de movimento se conserva.
Por isso, pela conservação da quantidade de movimento, podemos dizer que:
Conservação da quantidade de movimento.
Utilizando como sentido positivo o da velocidade do bloco A, escrevemos:
𝑚𝐴 ∙ 𝑉𝐴, 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑚𝐵 ∙ 𝑉𝐵, 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = (𝑚𝐴 + 𝑚𝐵 ) ∙ 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎l -> Colisão inelástica.
𝑚 ∙ 𝑣0 − 𝑚 ∙ 0 = (2 ⋅ 𝑚) ∙ 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎l
𝑚 ∙ 𝑣0 = 2 ⋅ 𝑚 ∙ 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎l
𝑣0 = 2 ∙ 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎l
𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 =
Gabarito: D
2)
3)
4) Quando temos um choque perfeitamente elástico com partículas idênticas, temos troca de velocidades.
Portanto, d) a partícula incidente fica em repouso e a outra se move com velocidade V.
Crédito: Exercícios sobre colisões – Brasil Escola.
Acesso em: 14 de abril de 2024.
Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre Colisões mecânicas – Física e Vestibular.
Acesso em: 14 de abril de 2024.
Roteiro de estudos elaborado pela professora Gabriela Ribeiro do Prado.
Coordenação Pedagógica: prof.ª dr.ª Aline Bitencourt Monge.
Revisão textual: professora Daniela Leite Nunes.
Crédito da imagem: Renphoto – Getty Images