Colisões no trilho de ar – conservação da quantidade de movimento
FísicaEnergia e quantidade de movimentoIdades 15–16Laboratório virtual
Use com a sua turma: os alunos abrem por um link ou QR code, sem precisar de conta.
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Dois carrinhos de massas m₁ e m₂ se movem com velocidades v₁ e v₂ em um trilho de ar e colidem de forma elástica ou inelástica (ficando grudados). Os gráficos de p₁, p₂ e da quantidade de movimento total p em função do tempo mostram que a quantidade de movimento total permanece constante, e uma tabela compara a quantidade de movimento e a energia cinética antes e depois da colisão. Arraste um carrinho para mudar a posição inicial. A tela Sensor de força acrescenta um para-choque (mola macia, mola dura, zona de deformação ou airbag) e traça a força em função do tempo: o impulso J, a área sob o gráfico, é igual ao Δp medido com sensores de passagem, e um contato mais longo dá uma força máxima menor.
Aula: Quantidade de movimento, conservação da quantidade de movimento, colisões elásticas e inelásticas, impulso e gráficos força–tempo
O que mostra
A quantidade de movimento p = mv é um vetor: seu sinal indica o sentido do movimento. Sem atrito, a quantidade de movimento total m₁v₁ + m₂v₂ se conserva na colisão; a colisão elástica também conserva a energia cinética, e carrinhos que ficam grudados perdem parte dela em calor e deformação. No impacto, os corpos se empurram com forças iguais e opostas (terceira lei de Newton). O impulso J = ∫F dt, a área sob o gráfico força–tempo, é igual à variação da quantidade de movimento: com o mesmo Δp, um contato mais longo dá menor força máxima, como em zonas de deformação, airbags e capacetes.
Como usar
No trilho de ar, ajuste as massas e velocidades, arraste os carrinhos e clique em Iniciar; compare as linhas Antes e Depois e clique em Mudar tipo de colisão. Clique em Sensor de força e colisão, escolha Colide com e um Para-choque, e clique em Lançar. Cada ensaio adiciona uma linha com os tempos dos sensores de passagem, Δp, J, Δt e a força máxima. Mantenha m₁ e u₁ fixos ao comparar para-choques e depois tente o Desafio de projeto.
Parâmetros que você pode mudar
- Massa do carrinho 1 0,5–5 kg
- Velocidade inicial do carrinho 1 -5–5 m/s
- Massa do carrinho 2 0,5–5 kg
- Velocidade inicial do carrinho 2 -5–5 m/s
- Tipo de colisão Elástica, Inelástica (ficam grudados)
- Tela Trilho de ar (conservação), Sensor de força e colisão
- Para-choque Mola macia, Mola dura, Zona de deformação, Airbag
- Colide com Parede com sensor de força, Carrinho 2 em repouso
Perguntas para explorar
- Na colisão inelástica, como você pode calcular a velocidade comum dos carrinhos a partir das massas e velocidades iniciais?
- Com a mesma variação da quantidade de movimento, por que uma zona de deformação ou um airbag dá uma força máxima menor que uma mola dura?
- Com massas iguais e uma colisão elástica, o que acontece com as velocidades dos dois carrinhos?
Ideias para a aula
Todos os guias- Simulações no PowerPoint e no Google SlidesUse simulações no PowerPoint e no Google Slides: ligue um slide ao modo de apresentação, ponha um QR code para os alunos escanearem e rode a demonstração sem sair.
- Laboratório virtual de impulso: gráficos força–tempoLaboratório virtual de impulso: bata um carrinho num sensor de força com quatro para-choques, leia Fmáx e Δt e veja por que o airbag protege.
