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Descrição da Simulação

Dois blocos A e B, representados na simulação por cores diferentes, deslizam sem atrito sobre uma superfície horizontal. As massas dos blocos, as respetivas velocidades e o coeficiente de restituição podem ser alterados. Despreza-se o efeito da resistência do ar.

As velocidades iniciais dos blocos são: v_A = 2,0 m/s e v_B = 0, podendo ser alteradas na animação entre -3,0 m/s e +3,0 m/s. Contudo, os seus valores estão ocultos. O coeficiente de restituição (e) é inicialmente de 1, podendo ser alterado entre 0 e 1. O seu valor está oculto.

Posicionando o cursor do rato sobre um local do corpo e pressionando o botão esquerdo do rato, a posição (x;y) desse local (em metros) será visível num pequeno retângulo de fundo amarelo.

Reinicie a simulação após cada colisão

(NOTA 1: o referencial da simulação está num ponto da superfície equidistante dos dois blocos)

(NOTA 2: as cores dos blocos foram escolhidas para serem diferenciadas também por pessoas com daltonismo - protanopia, deuteranopia ou tritanopia)

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PARTE 1:

Corra a simulação com os valores de origem inalterados.

a) Que valor prevê para a velocidade dos blocos A e B, depois da colisão? Em que lei(s) da Física se baseou para responder?

b) Corra a simulação. Determine os valores das velocidades dos blocos após a colisão (DICA: use o método gráfico).

c) Compare os resultados da simulação com a sua previsão. Discuta-os com os(as) colegas e professor(a), encontrando uma justificação fisicamente aceitável.

d) Há conservação do momento linear na colisão? E da energia mecânica? Como classifica este tipo de colisão?

PARTE 2:

Altere o valor do coeficiente de restituição para o extremo oposto (valor mínimo)

a) Como prevê que seja o comportamento dos blocos após a colisão? E quais as suas velocidades?

b) Corra a simulação e meça os valores das velocidades dos blocos antes e após a colisão (DICA: use o método gráfico).

c) Compare os resultados da simulação com a sua previsão. Discuta-os com os(as) colegas e professor(a). Que lei(s) da Física explicam o que aconteceu?

d) Determine o coeficiente de restituição e classifique o tipo de colisão.

PARTE 3:

Altere o valor do coeficiente de restituição para um outro valor à sua escolha, entre o mínimo e o máximo.

a) Corra a simulação e meça os valores das velocidades inicial e final dos blocos (Dica: use o método gráfico)

b) Há conservação do momento linear na colisão? E da energia mecânica?

c) Determine o coeficiente de restituição desta colisão. Como classifica este tipo de colisão?

PARTE 4:

Modifique as massas dos blocos: por exemplo, faça uma o dobro da outra. Coloque o coeficiente de restituição no seu valor máximo.

a) Corra a simulação e meça os valores das velocidades dos blocos antes e após a colisão (DICA: use o método gráfico).

b) Descreva o que aconteceu na simulação e dê uma explicação física para o sucedido.

c) Há conservação do momento linear na colisão? E da energia mecânica? A conservação destas grandezas depende das massas dos dois blocos?

PARTE 5:

Modifique as velocidades dos blocos, fazendo-os mover no mesmo sentido e de forma a que haja colisão. Coloque o coeficiente de restituição no seu valor máximo.

a) Corra a simulação e meça os valores das velocidades dos blocos antes e após a colisão (DICA: use o método gráfico).

b) Descreva o que aconteceu na simulação e dê uma explicação física para o sucedido.

c) Há conservação do momento linear na colisão? E da energia mecânica? A conservação destas grandezas depende das velocidades dos dois blocos?

PARTE 6:

Modifique as velocidades dos blocos, fazendo-os mover em sentido contrário. Coloque o coeficiente de restituição no seu valor máximo.

a) Corra a simulação e meça os valores das velocidades dos blocos antes e após a colisão (DICA: use o método gráfico).

b) Descreva o que aconteceu na simulação e dê uma explicação física para o sucedido.

c) Há conservação do momento linear na colisão? E da energia mecânica? A conservação destas grandezas depende das velocidades dos dois blocos?

PARTE 7:

Experimente outras combinações de massas e de velocidades iniciais. Coloque o coeficiente de restituição no seu valor máximo e também em outros valores. Para cada caso:

a) Corra a simulação e meça os valores das velocidades dos blocos antes e após a colisão (DICA: use o método gráfico).

b) Descreva o que aconteceu na simulação e dê uma explicação física para o sucedido.

c) Há conservação do momento linear na colisão? E da energia mecânica? Nos casos em que não se verifique a conservação da energia mecânica, determine o valor do coeficiente de restituição.

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Ajuda

Numa colisão unidimensional de dois corpos de massas m₁ e m₂, cujas velocidades antes e depois da colisão são v_1i, v_2i e v_1f, v_2f, respetivamente, a equação seguinte fornece a relação entre estas velocidades na ausência de forças externas a atuar sobre elas na direção do movimento:

m₁v_1i + m₂v_2i = m₁v_1f + m₂v_2f

Assim, se não houver forças externas, o momento linear total do sistema não varia durante a colisão. Ou seja, as forças impulsivas que atuam na colisão são forças internas que não têm influência na conservação do momento linear total do sistema.

Em termos energéticos, o grau de conservação da energia na colisão relaciona-se com as velocidades de aproximação e de afastamento dos dois corpos, através do coeficiente de restituição, e. Para a colisão dos dois corpos, ele é definido como:

e = v_2f - v_1f v_1i - v_2i

O coeficiente de restituição e pode variar entre 1 (colisão elástica) e 0 (colisão perfeitamente inelástica, quando após a colisão os corpos seguem juntos); qualquer outro valor de e entre 0 e 1, ocorre para colisões onde a energia mecânica não se conserva, designadas então por colisões inelásticas.

Para medir a posição de cada bloco, posicione o cursor do rato sobre ele e clique no botão esquerdo - a posição (x;y) desse local (em metros) será visível num pequeno retângulo de fundo amarelo, enquanto mantiver o botão do rato premido.