Ano 2021#colisoes elasticas#cinematica#lancamento horizontal

Sobre o tema

Colisões elásticas entre corpos de diferentes massas e tamanhos, seguidas de movimento balístico, são temas clássicos da mecânica. Neste problema do ITA, duas esferas de raios distintos são lançadas horizontalmente contra uma parede, estando inicialmente em contato entre si e com a parede. A análise envolve a sequência de colisões: primeiro a bola maior (de basquete) colide elasticamente com a parede, invertendo sua velocidade; em seguida, ela colide com a bola menor (de gude), que ainda se move em direção à parede. Aplicando conservação de momento e energia nas colisões unidimensionais, determina-se a velocidade horizontal final da bolinha. Com essa velocidade, calcula-se o deslocamento horizontal até o solo, considerando a queda livre a partir da altura h. O resultado final depende das massas, que por sua vez são proporcionais aos cubos dos raios, levando a uma expressão envolvendo r, R, h e a velocidade inicial v.

Tópicos relacionados

  • Colisões elásticas unidimensionais
  • Conservação do momento linear
  • Conservação da energia cinética
  • Movimento de projéteis (lançamento horizontal)
  • Relação entre massa e volume em esferas

Enunciado

Questao 3. Uma bola de gude de raio r e uma bola de basquete de raio R sao lancadas contra uma parede com velocidade horizontal v e com seus centros a uma altura h. A bola de gude e a bola de basquete estao na iminencia de contato entre si, assim como ambas contra a parede. Desprezando a duracao de todas as colisoes e quaisquer perdas de energia, calcule o deslocamento horizontal S da bolinha de gude ao atingir o solo. [Figura: diagrama com parede, bolas e trajetoria]

Alternativas

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Perguntas frequentes

O que caracteriza uma colisão elástica?

Em uma colisão elástica, tanto o momento linear quanto a energia cinética do sistema são conservados. Isso significa que não há perda de energia mecânica durante o impacto.

Como calcular o tempo de queda em um lançamento horizontal?

O tempo de queda depende apenas da altura inicial e da aceleração da gravidade, sendo dado por t = sqrt(2h/g), pois a componente vertical da velocidade inicial é nula.

Por que as massas das esferas são proporcionais ao cubo do raio?

Supondo densidade uniforme, a massa de uma esfera é dada por m = (4/3)πρR³, sendo diretamente proporcional ao cubo do raio. Assim, a razão entre as massas é (r/R)³.

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