8: Momento linear e colisões
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Usamos o termo momentum de várias maneiras na linguagem cotidiana, e a maioria dessas formas é consistente com sua definição científica precisa. Falamos de equipes esportivas ou políticos ganhando e mantendo o ímpeto para vencer. Também reconhecemos que o momentum tem algo a ver com colisões. Por exemplo, olhando para os jogadores de rúgbi na fotografia colidindo e caindo no chão, esperamos que seus momentos tenham grandes efeitos nas colisões resultantes. Geralmente, o momentum implica uma tendência de continuar no curso — de se mover na mesma direção — e está associado a uma grande massa e velocidade.
- 8.0: Prelúdio do momento linear e das colisões
- O momentum, assim como a energia, é importante porque é conservado. Apenas algumas quantidades físicas são conservadas na natureza, e estudá-las produz uma visão fundamental de como a natureza funciona, como veremos em nosso estudo do momentum.
- 8.1: Momento e força lineares
- A definição científica de momento linear é consistente com a compreensão intuitiva da maioria das pessoas sobre o momento: um objeto grande e rápido tem maior impulso do que um objeto menor e mais lento. O momento linear é definido como o produto da massa de um sistema multiplicada por sua velocidade. O momento é diretamente proporcional à massa do objeto e também à sua velocidade. Assim, quanto maior a massa de um objeto ou maior sua velocidade, maior seu momento.
- 8.2: Impulso
- O efeito de uma força em um objeto depende de quanto tempo ele age, bem como de quão grande é a força. Uma força muito grande atuando por um curto período de tempo teve um grande efeito no ímpeto da bola de tênis. Uma força pequena poderia causar a mesma mudança de impulso, mas teria que agir por muito mais tempo.
- 8.3: Conservação do Momentum
- O momentum é uma quantidade importante porque é conservado. No entanto, parece não ter sido conservado nos exemplos anteriores, onde grandes mudanças no momentum foram produzidas por forças que atuam no sistema de interesse. Em que circunstâncias o momentum é conservado? A resposta a essa pergunta envolve considerar um sistema suficientemente grande. É sempre possível encontrar um sistema maior no qual o momentum total seja constante, mesmo que o momentum mude para os componentes do sistema.
- 8.4: Colisões elásticas em uma dimensão
- Uma colisão elástica é aquela que também conserva a energia cinética interna. A energia cinética interna é a soma das energias cinéticas dos objetos no sistema. Colisões verdadeiramente elásticas só podem ser alcançadas com partículas subatômicas, como elétrons atingindo núcleos. As colisões macroscópicas podem ser quase, mas não totalmente elásticas — alguma energia cinética é sempre convertida em outras formas de energia, como a transferência de calor devido ao atrito e ao som.
- 8.5: Colisões inelásticas em uma dimensão
- Uma colisão inelástica é aquela em que a energia cinética interna muda (ela não é conservada). Essa falta de conservação significa que as forças entre objetos em colisão podem remover ou adicionar energia cinética interna. O trabalho realizado por forças internas pode mudar as formas de energia dentro de um sistema. Para colisões inelásticas, como quando objetos em colisão se unem, esse trabalho interno pode transformar alguma energia cinética interna em transferência de calor.
- 8.6: Colisões de massas pontuais em duas dimensões
- Uma complicação que surge nas colisões bidimensionais é que os objetos podem girar antes ou depois da colisão. Por exemplo, se dois patinadores de gelo engancharem os braços ao passarem um pelo outro, eles girarão em círculos. Não consideraremos essa rotação até mais tarde e, por enquanto, organizamos as coisas para que nenhuma rotação seja possível. Para evitar a rotação, consideramos apenas a dispersão de massas pontuais, ou seja, partículas sem estrutura que não podem girar ou girar.
- 8.7: Introdução à propulsão de foguetes
- Os foguetes variam em tamanho, desde fogos de artifício tão pequenos que pessoas comuns os usam para os imensos Saturn Vs que antes impulsionavam enormes cargas úteis em direção à Lua. A propulsão de todos os foguetes, motores a jato, balões vazios e até mesmo lulas e polvos é explicada pelo mesmo princípio físico — a terceira lei do movimento de Newton. A matéria é ejetada à força de um sistema, produzindo uma reação igual e oposta sobre o que resta.
Miniatura: Uma foto de pausa na piscina. (CC-SA-BY; De jeito nenhum).