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 linearFísica 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

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