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Módulo 7

Choques mecânicos

Choques mecânicos: Trata-se do estudo de colisões de corpos. Choques mecânicos acontecem quando dois corpos ou mais corpos se encontram. Como exemplo básico pense no jogo de sinuca, o jogador bate na bola branca, e a bola branca vai de encontro à outra bola, e ao se encontrarem ocorre um choque mecânico. Não é difícil de entender choques, pois vemos todos os dias. Os choques são divididos em 3 categorias:

Choque perfeitamente elástico - conserva-se toda a energia dos corpos
Choque parcialmente elástico - conserva-se parte da energia dos corpos
Choque inelástico - não se conserva energia

1 e 2 são parecidos, então vou dar o mesmo exemplo para os dois. Pense 2 bolas, com velocidade e em sentido contrários. Em um determinado momento elas vão se chocar. Se as bolas, após o choque, forem ao sentido contrário ao inicial(se afastando) o choque é elástico, e se as bolas, após o choque seguirem no mesmo sentido(juntas ou separadas) o choque é inelástico. Observe:

Este é o choque elástico

E este é o inelástico

Análise matemática: Aqui utilizaremos o que já foi dado. Na maioria dos exercícios, o sistema de 2 bolas está isolado, ou seja, o ambiente não influencia o sistema. Logo podemos utilizar a conservação de quantidade de movimento. Em exercícios com choques inelásticos a análise é imediata. Imagine que na animação acima a bola da esquerda tenha massa 10kg e velocidade inicial 3m/s, e a da esquerda massa 2kg e velocidade inicial 3m/s. Lembrando-se que momento é uma grandeza vetorial, e que p_antes = p_depois temos:

p_antes = p_depois

10.3 - 2.3 = 12.v

v = 2 m/s

Observe como é simples determinar a velocidade das bolas após o choque, em um sistema isolado. Para analisar os choques elásticos já é necessária a introdução de um novo conceito, o coeficiente de restituição.

Coeficiente de reconstituição: Trata-se de uma medida que avalia a conervação de energia, e é representado pela letra e. Em um choque perfeitamente elástico não há perdas, logo e = 1. Em choques inelásticos ele é cálculado dessa forma: Velocidade relativa de afastamento / Velocidade relativa de aproximação. Como os corpos após o choque não podem ter velocidade de afastamento que a velocidade de aproximação inicial(há não ser que alguém ceda energia ao sistema, esse coeficiente está entre 0 e 1. Aqui tratarei com o módulo das velocidades citadas, para evitar confusões com o sinal. Observe o exemplo de choque parcialmente elástico, em que e = 0,5:

Explosões: Como o próprio nome já diz, estudaremos aqui as explosões. Imagine uma granada parada. Ao explodir vários corpos são arremessado com certa velocidade. Essa energia para acelerar os corpos vem da energia química da granada. A análise matemática de explosões é semalhante a de colisões, mas aqui daremos uma atenção maior à parte de energia, mas momento linear continua sendo fundamental. Observe o exemplo, considerando que a energia armazenada na granada é de 300J.