Contextualização

A física, em seu estudo da matéria e da energia, abrange uma ampla gama de fenômenos, desde as partículas subatômicas até a expansão do universo; e no meio deste espectro, temos as colisões. As colisões são eventos comuns em nosso cotidiano, desde um simples choque de duas pessoas em um corredor até às colisões de veículos, que são importantes objetos de estudo em segurança veicular.

Neste projeto, nós vamos nos aprofundar nas colisões em duas dimensões. Os conceitos de momento linear (ou impulso), conservação de energia e coeficiente de restituição são essenciais para compreender e analisar adequadamente esse tipo de colisão, e são essenciais na Física por toda a diversidade de situações onde podem ser aplicados.

O momento linear, no contexto das colisões, nos permite analisar como a quantidade de movimento de um corpo é transferida para o outro durante uma colisão. A conservação de energia, por outro lado, é um princípio fundamental que afirma que a energia total de um sistema isolado permanece constante, não importa o que ocorra. O coeficiente de restituição, por fim, nos dá uma medida da “perda” de energia cinética durante a colisão, ou seja, de transformação de energia cinética em outros tipos de energia.

As colisões, especialmente em duas dimensões, têm várias aplicações práticas. Os engenheiros de segurança veicular estudam a física das colisões para projetar carros mais seguros. Na medicina, os princípios das colisões podem ajudar a entender melhor a biomecânica dos traumas. No esporte, o estudo das colisões pode aperfeiçoar a técnica em jogos como bilhar, hóquei, entre outros.

Recomendamos que os alunos utilizem os seguintes recursos para aprofundar seus conhecimentos no tópico e utilizar como base para o projeto:

1. Física Clássica: Momento linear e colisões - Prof. Marcelo Boaro
2. Física Moderna: Colisões em duas dimensões - Prof. Paulo Célio
3. Livro: Física para cientistas e engenheiros - Volume 1, do autor Paul A. Tipler e Gene Mosca.

Atividade Prática

Título da Atividade: Colisões de Bolas de Bilhar

Objetivo do Projeto

Desenvolver uma compreensão mais profunda dos tópicos de momento linear, conservação de energia e coeficiente de restituição, por meio do estudo de colisões em duas dimensões, usando bolas de bilhar como referência.

Descrição detalhada do projeto

Neste projeto, os grupos de alunos serão desafiados a simular e analisar várias colisões de bolas de bilhar em duas dimensões. Ao fazer isso, eles serão capazes de ver como o momento linear, a conservação de energia e o coeficiente de restituição influenciam o comportamento das bolas após a colisão.

Materiais Necessários

• Uma mesa de bilhar com pelo menos três bolas.
• Uma câmera para gravar as colisões.
• Um computador com acesso ao software de análise de vídeo (como o Tracker, que é gratuito).

Passo a passo para a realização da atividade

1. Pesquisa: Comece pesquisando sobre momento linear, conservação de energia e coeficiente de restituição. Entenda como esses conceitos se aplicam a colisões em duas dimensões.

2. Preparação da Experiência: Arranje uma mesa de bilhar com pelo menos três bolas. Posicione duas bolas em um ponto da mesa e a terceira bola em uma posição tal que, ao ser lançada, provoque uma colisão.

3. Registro da Colisão: Grave a colisão entre as bolas com uma câmera.

4. Análise da Colisão: Use o software de análise de vídeo para rastrear o movimento das bolas antes e depois da colisão. Com essa informação, é possível calcular o momento linear, a variação de energia e o coeficiente de restituição durante a colisão.

5. Interpretação dos Dados: Analise os dados obtidos e interprete os resultados com base no que você aprendeu sobre momento linear, conservação de energia e coeficiente de restituição. Faça isso para várias colisões, alterando a velocidade inicial e o ângulo de impacto, por exemplo.

6. Relatório Final: Por fim, cada grupo deve preparar um relatório detalhado que discuta os experimentos realizados, os dados coletados, suas análises e conclusões. O relatório deve abordar os seguintes tópicos:

   • Introdução: Contextualização do tema, sua relevância, aplicação no mundo real, e o objetivo do projeto.

   • Desenvolvimento: Explicar a teoria por trás do momento linear, da conservação de energia e do coeficiente de restituição. Explicar o experimento, a metodologia utilizada e discutir os dados obtidos.

   • Conclusão: Conclusões retiradas sobre o projeto, retomando seus pontos principais e os aprendizados obtidos.

   • Bibliografia: Base para trabalhar no projeto como livros, páginas da web, vídeos, etc.

Este projeto deve ser realizado por grupos de 3 a 5 alunos e cada aluno deve gastar entre 5 a 10 horas trabalhando no projeto. O tempo de entrega do projeto é de um mês.