Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

Graduação → Mecânica clássica → Velocidade e colisões ↓


Colisão elástica e inelástica


No campo da mecânica clássica, é fundamental entender a natureza das colisões. As colisões ocorrem em várias formas e podem ser amplamente classificadas em dois tipos: colisões elásticas e inelásticas. Essas colisões são regidas pelos princípios de conservação de momento e energia. O objetivo desta exposição é explicar esses conceitos com clareza e abrangência.

Momento e sua conservação

Momento é um conceito importante na física que ajuda a descrever o movimento dos objetos. Ele é definido como o produto da massa de um objeto pela sua velocidade:

momento (p) = massa (m) * velocidade (v)

Esta quantidade é um vetor, o que significa que possui magnitude e direção. A conservação do momento é um princípio fundamental que afirma que o momento total de um sistema fechado permanece constante se nenhuma força externa atuar sobre ele.

Por exemplo, imagine dois patinadores empurrando-se em uma superfície de gelo sem atrito. Se o sistema for fechado e não houver forças externas agindo sobre os patinadores, seu momento total permanece o mesmo antes e depois do empurrão.

Colisão elástica

As colisões elásticas são aquelas nas quais tanto o momento quanto a energia cinética são conservados. Isso significa que a energia cinética total de um sistema é a mesma antes e depois da colisão. Na vida cotidiana, colisões perfeitamente elásticas são raras, mas ocorrem frequentemente com partículas subatômicas ou em experimentos controlados.

Exemplo visual de uma colisão elástica

Suponha que duas bolas de bilhar colidam em uma mesa. Vamos imaginar isso:

A B

Bola A (azul) move-se em direção à bola B (vermelha). Antes da colisão, ambas têm certas velocidades. Após a colisão, elas se repelem, mantendo o mesmo momento e energia cinética totais:

m A * v A,inicial + m B * v B,inicial = m A * v A,final + m B * v B,final
0.5 * m A * v A,inicial ² + 0.5 * m B * v B,inicial ² = 0.5 * m A * v A,final ² + 0.5 * m B * v B,final ²

Esta ilustração supõe perfeita elasticidade, onde nenhuma energia cinética é convertida em som, calor ou outras formas.

Colisão inelástica

Ao contrário das colisões elásticas, nas colisões inelásticas a energia cinética não é conservada. No entanto, o momento ainda é conservado. Em uma colisão inelástica, parte da energia cinética é geralmente convertida em outras formas de energia, como calor ou som.

Uma colisão perfeitamente inelástica é uma situação extrema em que a quantidade máxima de energia cinética é perdida. Após a colisão, os objetos grudam e se movem com uma velocidade constante.

Exemplo visual de uma colisão inelástica

Imagine dois carros que colidem e grudam um no outro. Vamos imaginar este cenário:

1 2

Carro 1 (verde) e carro 2 (laranja) movem-se em direção um ao outro. Quando colidem, eles grudam e seguem em frente como um só. Enquanto o momento é conservado:

m 1 * v 1,inicial + m 2 * v 2,inicial = (m 1 + m 2 ) * v final

A energia cinética é perdida devido a deformação ou dissipação de calor:

energia_c. inicial > energia_c. final

Esse tipo de colisão é comum em cenários do mundo real, como acidentes de veículos automotores.

Representação matemática e aplicações

Compreender a formulação matemática das colisões nos equipa com a capacidade de prever resultados. Vamos aprofundar os cálculos envolvidos nas colisões elásticas e inelásticas.

Cálculo de colisão elástica

Para uma colisão elástica entre dois objetos, as leis de conservação podem ser expressas como:

Movimento:

m 1 * v 1,inicial + m 2 * v 2,inicial = m 1 * v 1,final + m 2 * v 2,final

Energia cinética:

0.5 * m 1 * v 1,inicial ² + 0.5 * m 2 * v 2,inicial ² = 0.5 * m 1 * v 1,final ² + 0.5 * m 2 * v 2,final ²

Essas equações podem ser resolvidas simultaneamente para encontrar as velocidades finais dos dois objetos após a colisão. A manipulação algébrica geralmente envolve substituição ou aplicação de fórmulas quadráticas.

Cálculo de colisão inelástica

Para uma colisão inelástica, o momento é conservado, mas a energia cinética não. A formulação matemática foca na conservação do momento:

m 1 * v 1,inicial + m 2 * v 2,inicial = (m 1 + m 2 ) * v final

Esta equação dá a velocidade final das massas combinadas logo após uma colisão direta.

Exemplos e aplicações na vida real

Para ver esses conceitos em um contexto do mundo real, vamos examinar alguns exemplos e aplicações de colisões elásticas e inelásticas.

Exemplo de colisão elástica: sinuca

Sinuca é um exemplo clássico de colisão elástica, onde as bolas colidem umas com as outras em uma mesa de bilhar. A sinuca não é perfeitamente elástica, mas se assemelha bastante à colisão elástica, devido ao atrito e ao som.

Considere um taco atingindo outra bola diretamente:

m taco * v taco,inicial = m taco * v taco,final + m alvo * v alvo,final

Os princípios de conservação de energia e momento permitem prever as velocidades pós-colisão.

Exemplo de colisão inelástica: acidentes automobilísticos

Colisões de veículos são frequentemente exemplos de colisões inelásticas. Estas envolvem significativa deformação, conversão de energia cinética em calor, som e mudanças estruturais.

No caso de uma colisão traseira:

m carro1 * v carro1,inicial + m carro2 * v carro2,inicial = (m carro1 + m carro2 ) * v combinado,final

A equação acima estima a velocidade final após o impacto.

Aplicações científicas e tecnológicas

  • Física de Partículas: Colisões elásticas desempenham um papel importante em aceleradores de partículas, onde partículas subatômicas colidem e as energias são estudadas.
  • Teste de Materiais: Testes de resistência de colisões inelásticas de materiais ajudam na análise da deformação sob estresse.
  • Características de segurança: Compreender o comportamento de colisões inelásticas orienta o design de segurança automotiva, como zonas de deformação que absorvem energia.

Conclusão

Colisões elásticas e inelásticas são integrais para o estudo da mecânica clássica, com amplas implicações que vão desde a física teórica até a engenharia prática. Ao conservar o momento e analisar transformações de energia, a dinâmica de colisões revela as interações fundamentais dentro de sistemas fechados.

Dominar esses conceitos permite que cientistas e engenheiros inovem e aperfeiçoem tecnologias, oferecendo tanto insights teóricos quanto avanços concretos.


Graduação → 1.4.4


U
username
0%
concluído em Graduação

← Anterior (1.4.3)
Impulso e força de impacto
Próximo (1.4.5) →
Centro de massa e velocidade

Comentários 



Colisão elástica e inelástica

https://www.physicsflow.com/ug/1.4.4?pfal=pt