9: Momento linear e colisões
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Nesta seção, desenvolvemos e definimos outra quantidade conservada, chamada momento linear, e outra relação (o teorema impulso-momento), que colocará uma restrição adicional sobre como um sistema evolui no tempo. A conservação do momento é útil para entender as colisões, como a mostrada na imagem acima. É tão poderoso, tão importante e tão útil quanto a conservação de energia e o teorema trabalho-energia.
- 9.1: Prelúdio do momento linear e das colisões
- Os conceitos de trabalho, energia e o teorema trabalho-energia são valiosos por duas razões principais: primeiro, eles são ferramentas computacionais poderosas, tornando muito mais fácil analisar sistemas físicos complexos do que é possível usando diretamente as leis de Newton (por exemplo, sistemas com forças não constantes); e segundo, o a observação de que a energia total de um sistema fechado é conservada significa que o sistema só pode evoluir de forma consistente com a conservação de energia.
- 9.2: Momento linear
- Momentum é um conceito que descreve como o movimento de um objeto depende não apenas de sua massa, mas também de sua velocidade. Momentum é uma grandeza vetorial que depende igualmente da massa e da velocidade de um objeto. A unidade SI para momentum é kg • m/s.
- 9.3: Impulso e colisões (Parte 1)
- Quando uma força é aplicada em um objeto por algum tempo, o objeto experimenta um impulso. Esse impulso é igual à mudança de momentum do objeto. A segunda lei de Newton em termos de momentum afirma que a força líquida aplicada a um sistema é igual à taxa de mudança do momentum que a força causa.
- 9.4: Impulso e colisões (Parte 2)
- Como um impulso é uma força que atua por algum tempo, ele faz com que o movimento de um objeto mude.
- 9.5: Conservação do Momento Linear (Parte 1)
- A lei da conservação do momentum diz que o momentum de um sistema fechado é constante no tempo (conservado). Um sistema fechado (ou isolado) é definido como aquele em que a massa permanece constante e a força externa líquida é zero. O momentum total de um sistema é conservado somente quando o sistema é fechado.
- 9.7: Tipos de colisões
- Uma colisão elástica é aquela que conserva energia cinética. Uma colisão inelástica não conserva energia cinética. O momento é conservado independentemente de a energia cinética ser conservada ou não. A análise das mudanças de energia cinética e a conservação do momento juntas permitem que as velocidades finais sejam calculadas em termos de velocidades e massas iniciais em colisões unidimensionais de dois corpos.
- 9.8: Colisões em várias dimensões
- A abordagem para colisões bidimensionais é escolher um sistema de coordenadas conveniente e dividir o movimento em componentes ao longo de eixos perpendiculares. O momentum é conservado em ambas as direções simultaneamente e de forma independente. O teorema de Pitágoras fornece a magnitude do vetor de momento usando os componentes x e y, calculados usando a conservação do momento em cada direção.
- 9.9: Centro de Missa (Parte 1)
- Um objeto estendido (composto por muitos objetos) tem um vetor de posição definido chamado centro de massa. O centro de massa pode ser considerado, vagamente, como a localização média da massa total do objeto. O centro de massa de um objeto traça a trajetória ditada pela segunda lei de Newton, devido à força externa líquida. As forças internas dentro de um objeto estendido não podem alterar o momento do objeto estendido como um todo.
- 9.11: Propulsão de foguete
- Um foguete é um exemplo de conservação de momento em que a massa do sistema não é constante, pois o foguete ejeta combustível para fornecer empuxo. A equação do foguete nos dá a mudança de velocidade que o foguete obtém ao queimar uma massa de combustível que diminui a massa total do foguete.
Miniatura: Uma foto de pausa na piscina. (CC-SA-BY; De jeito nenhum).