Módulo 4 Sistema de Partículas e Momento Linear

Instituto de Fisica — UFRJ — 2010/1 GUIA DE LABORATÓRIO 4 MODULO 4: SISTEMA DE PARTICULAS — MOMENTO LINEAR 1. OBJETIVO Analisar processos de colisões em sistemas de partículas. E: analisar a conservação do momento linear em diversos processos de colisão, e a variação da energia cinética nestes processos. 2. INTRODUÇÃO Você deve (antes de vir para a aula) ler os textos: — sobre o tratamento de dados experimentais: Textos Auxiliares 2 e 3. — sobre momento linear e colisões: os capítulos do livro de Física I. 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL As experiências sugeridas nesse roteiro são associadas a processos de colisões. Em todas elas, utilizaremos o trilho de ar e dois carrinhos, além de centelhador, fitas, etc. O procedimento é basicamente o mesmo para todas as experiências, mudando-se detalhes que serão discutidos a seguir. 1. Certifique-se que o trilho está alinhado e as instalações elétricas em condições para se fazer uma tomada de dados correta. Cuidado, pois as ligações do centelhador com o trilho deverão ser diferentes das usadas anteriormente. 2. Escolha os carrinhos que serão usados e meça suas massas. 3. Sem a fita termossensível, simule a obtenção dos dados. 4. Quando estiver absolutamente certo do que deseja medir e como deseja medir, coloque a fita e faça a tomada de 12 dados. 4. TOMADA DE DADOS É aconselhável que você faça a tomada de dados da primeira atividade e a respectiva análise antes de prosseguir. 1. Atividade I - Colisão Elástica • Prepare dois carrinhos com massas semelhantes. • Imagine um procedimento para lançar um carrinho de encontro a outro (em repouso), numa colisão elástica. • Realize a tomada de dados e construa uma tabela com as medidas. • Repita a experiência, sem tomar dados, usando carros de massas diferentes. Observe atentamente o que ocorre de diferente em relação à situação anterior, na qual as massas são iguais. 2. Atividade II - Colisão Inelástica • Prepare dois carrinhos com massas diferentes (um carro deve ter aproximadamente 100g a mais que o outro). • Imagine um procedimento para lançar um carrinho de encontro a outro (em repouso), numa colisão completamente inelástica. • Realize a tomada de dados e construa uma tabela com as medidas. Meça independentemente as posições dos dois carros, tomando como origem das coordenadas, para cada caso, a primeira marca na fita após o choque. 5. ANALISE DE DADOS Construa um modelo teórico para a sua experiência. Analise a conservação de momento linear e energia cinética nos vários tipos de colisões unidimensionais entre dois corpos. Calcule as grandezas relevantes para a análise das experiências realizadas. Faça uma previsão dos valores que você espera para as velocidades finais dos carrinhos em cada uma das experiências. 1. Atividade I • Faça um gráfico x × t para o movimento dos dois carrinhos e obtenha suas respectivas velocidades antes e depois da colisão. • Calcule o momento linear e a energia cinética do sistema antes e depois da colisão e verifique se essas grandezas se conservam. 13 • Discuta a experiência quando realizada com carros de massas diferentes. 2. Atividade II • Faça um gráfico x × t para o movimento dos dois carrinhos e obtenha suas respectivas velocidades antes e depois da colisão. • Calcule o momento linear e a energia cinética do sistema antes e depois da colisão e verifique se essas grandezas se conservam. • Determine a velocidade do centro de massa do sistema e trace no gráfico a reta que descreve seu movimento. Determine a equação desta curva. Calcule as posições do CM para os valores de tempo medidos e acrescente uma coluna à sua tabela indicando estes resultados. • A partir das posições medidas dos carrinhos e do centro de massa, no laboratório, calcule as posições dos carros no referencial do centro de massa. Indique estas posições na tabela e em um gráfico. • Calcule, no referencial do centro de massa, o momento linear e a energia cinética do sistema antes e depois da colisão e compare os resultados com os obtidos anteriormente. Escreva seu relatório, salientando os seguintes pontos: as características do movimento do centro de massa de um sistema de dois corpos que colidem; as grandezas conservadas; a energia disponível em uma colisão; a relaçao entre os valores do momento linear e da energia cinética, nos referenciais do laboratório e do centro de massa. 14