Difference between revisions of "Conservação do Momento Linear"
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| + | Dois electroímans (um em cada ponta da calha) controlados por um microcontrolador dão um impulso pré-configurado a cada um dos carrinhos. A velocidade inicial de cada carrinho é medida indiretamente por uma '''célula fotoelétrica''' pela determinação do tempo de vôo das bandeiras entre as células. | ||
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Esta montagem permite verificar a conservação do momento linear e energia cinética numa colisão elástica. Para tal basta correr a experiência com diferentes impulsos iniciais, podendo a experiência ser observada em cada um vários referênciais. | Esta montagem permite verificar a conservação do momento linear e energia cinética numa colisão elástica. Para tal basta correr a experiência com diferentes impulsos iniciais, podendo a experiência ser observada em cada um vários referênciais. | ||
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*[[Linear Momentum Conservation | Versão em Inglês (English Version)]] | *[[Linear Momentum Conservation | Versão em Inglês (English Version)]] | ||
Revision as of 11:58, 4 September 2013
ARTIGO EM CONSTRUÇÃO
Contents
Descrição da Experiência
O objectivo desta experiência é familiarizar o aluno com os conceitos fundamentais de referêncal, centro de massa e a conservação do momento linear.
A noção de referêncial é abstracta e díficil de depreender. Mais difícil ainda é compreender o referencial do centro de massa. Esta experiência, para além de abordar a conservação do momento linear, pretende demonstrar o que é um referencial e principalmente, o que se observa a partir do referencial do centro de massa no instante em que duas partículas colidem.
Para o efeito são lançados dois carrinhos que irão colidir e, paralelamente, o microcontrolador determina a velocidade da câmara que procede à transmissão do vídeo. Esta poderá "viajar" quer no referêncial dos carrinhos quer ainda no referêncial do centro de massa ou ficar fixa.
Gravando o vídeo da experiência será possivel reverter toda a física do problema pela análise de imagem.
Aparato Experimental
A montagem experimental consiste numa calha de ar, oca, com pequenos furos que permitem a saída de ar gerado por um compressor. Este cria um fluxo constante de ar nos furos da calha tal como nas mesas de Air Hockey, permitindo que os dois carrinhos levitem e deslizem com o mínimo de atrito sobre a calha. Esta calha está marcada a cada 100 mm com retângulos azuis que permitem, através de tratamento de imagem, uma análise de toda a experiência uma vez que fornecem miras absolutas para a calibração de cada frame.
Dois electroímans (um em cada ponta da calha) controlados por um microcontrolador dão um impulso pré-configurado a cada um dos carrinhos. A velocidade inicial de cada carrinho é medida indiretamente por uma célula fotoelétrica pela determinação do tempo de vôo das bandeiras entre as células.
Os carros A (215.4±1 gr.) e B(237.1±1 gr.) teem duas bandeiras com 10±0.2 mm separadas de 20±0.2 mm que obstroem consecutivamente a célula fotoelétrica. Esta "medida dupla" do tempo de vôo permite estimar o erro experimental com que se determina a velocidade e o memento linear de cada carrinho.
| Grandeza | Valor |
|---|---|
| Massa do carrinho A | 215.4±1 gr. |
| Massa do carrinho B | 237.1±1 gr. |
O carrinho
Apesar do nome, a montagem não se parece com um carro. Na figura ao lado podemos observar as 4 partes principais:
- Um carrinho constituído por um esquadro metálico que assenta na calha;
- Um elástico frontal para que a colisão seja o mais elástica possível (é fisicamente impossível obter uma colisão 100% elástica, mas esta montagem permite que se considere elástica para a precisão considerada);
- Uma bandeira metálica em "U" no topo cujo propósito é interagir com a célula fotoelétrica.
- Um íman, que sofrerá a repulsão do eletroíman quando este segundo for activado.
O que é uma célula fotoelétrica?
Uma célula fotoelétrica consiste num sensor luminoso (fotodíodo) e um led emissor de luz. Medindo o tempo que a peça no topo do carrinho obstrói o caminho ótico entre o led e o sensor, e sabendo o comprimento da mesma, podemos determinar a velocidade do carrinho.
Protocolo
Para executar a experiência o utilizador tem de definir os seguintes parâmetros:
- Impulso dado ao carro A
- Impulso dado ao carro B
- Referencial onde deseja observar o choque (carro A / carro B / centro de massa / laboratório)
A experiência devolve o tempo de ocultação das bandeiras de cada carrinho que permite estimar a velocidade e a partir dela o memoneto linear e a energia de cada carrinho.
Usando um software apropriado de tratamento e enálise de imagem (ex.: Tracker)
Esta montagem permite verificar a conservação do momento linear e energia cinética numa colisão elástica. Para tal basta correr a experiência com diferentes impulsos iniciais, podendo a experiência ser observada em cada um vários referênciais.
Quem gosta desta iniciativa
