Proposta experimental do estudo de colisões entre bolas de borracha e superfície plana

Arnold, Francisco José; Godeny, Alan Gabriel; Costa, Murilo Matoso; Viana, João Francisco; Ximenes, Rodrigo Luiz

doi:10.1590/1806-9126-RBEF-2017-0147

Produtos e Materiais Didáticos • Rev. Bras. Ensino Fís. 40 (2) • 2018 • https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2017-0147 linkcopiar

Proposta experimental do estudo de colisões entre bolas de borracha e superfície plana

Experimental proposal for the study of collision between rubber balls and flat surface

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

O estudo sobre a conservação do momento linear e as forças impulsivas nos cursos introdutórios de física tem abordagem baseada na colisão de objetos que se comportam como partículas. Neste trabalho busca-se por um aprofundamento no tema, introduzindo-se atividades experimentais direcionadas para laboratórios de ensino de física em que se considera a colisão entre uma bola de borracha e uma superfície rígida e plana. Estes experimentos permitem investigar características da colisão, tais como o tempo de impacto, a força impulsiva, a área de contato e o coeficiente de restituição. A modelagem, baseada na teoria de Hertz, inclui as propriedades elásticas da bola. Os resultados experimentais são comparados com valores teóricos provenientes do tratamento convencional (desconsiderando a deformação dos corpos) e da teoria de Hertz. Também são fornecidas indicações sobre a elaboração de experimentos visando aprimoramentos por parte de professores e alunos.

Palavras-chave:
momento linear; força de impacto; teoria de Hertz

exp.	$Δ y$ (cm)	$Δ y_{r}$ (cm)	$U_{}$ (cm/s)	$U_{f}$ (cm/s)	$e$	$T$ (ms)
1	21,6±0,1	19,1±1,9	-205,6±0,5	193,3±9,6	(9,4±0,5)×10 $^{-1}$	5,6±0,2
2	52,2±0,1	41,5±2,4	-319,7±0,3	285,0±8,2	(8,9±0,3)×10 $^{-1}$	5,1±0,1
3	80,2±0,1	61,3±0,9	-396,2±0,2	346,4±2,5	(8,7±0,1)×10 $^{-1}$	4,9±0,1
4	105,5±0,1	76,8±2,6	-454,4±0,2	387,7±6,6	(8,5±0,1)×10 $^{-1}$	4,7±0,1
5	130,0±0,1	93,0±1,4	-504,4±0,2	426,7±3,2	(8,5±0,1)×10 $^{-1}$	4,6±0,1
6	156,7±0,1	109,3±1,9	-553,8±0,2	462,6±4,0	(8,3±0,1)×10 $^{-1}$	4,6±0,1
7	181,1±0,1	123,4±2,4	-595,4±0,2	491,5±4,8	(8,2±0,1)×10 $^{-1}$	4,5±0,1

exp.	$Δ y$ (cm)	$Δ y_{r}$ (cm)	$U_{}$ (cm/s)	$U_{f}$ (cm/s)	$e$	$T$ (ms)
1	24,5±0,1	21,3±1,4	-219,0±0,4	204,2±6,7	(9,3±0,3)×10 $^{-1}$	3,9±0,1
2	54,3±0,1	44,4±2,1	-326,0±0,3	294,8±7,0	(9,0±0,2)×10 $^{-1}$	3,5±0,1
3	82,6±0,1	62,8±1,0	-402,1±0,2	350,6±2,8	(8,7±0,1)×10 $^{-1}$	3,4±0,2
4	107,9±0,1	79,6±1,9	-460,0±0,2	394,7±4,7	(8,6±0,1)×10 $^{-1}$	3,1±0,1
5	132,4±0,1	97,5±1,7	-509,1±0,2	436,9±3,8	(8,6±0,1)×10 $^{-1}$	2,9±0,2
6	159,2±0,1	111,4±2,6	-558,2±0,2	467,0±5,4	(8,4±0,1)×10 $^{-1}$	2,9±0,3
7	183,5±0,1	126,6±3,8	-599,3±0,2	497,8±7,5	(8,3±0,1)×10 $^{-1}$	2,9±0,1

exp.	\| $F_{m e d}$ \|(N)	\| $F_{e}$ \|(N)	$F_{e}$ / $F_{m e d}$
1	(2,67±0,06) ×10 $^{2}$	(2,94±0,01) ×10 $^{2}$	1,10±0,03
2	(4,42±0,08) ×10 $^{2}$	(4,99±0,07) ×10 $^{2}$	1,13±0,03
3	(5,70±0,17)×10 $^{2}$	(6,49±0,20) ×10 $^{2}$	1,14±0,05
4	(6,71±0,19) ×10 $^{2}$	(7,73±0,21) ×10 $^{2}$	1,15±0,04
5	(7,59±0,12) ×10 $^{2}$	(8,79±0,13) ×10 $^{2}$	1,16±0,02
6	(8,34±0,11) ×10 $^{2}$	(9,71±0,13) ×10 $^{2}$	1,16±0,02
7	(8,98±0,14) ×10 $^{2}$	(10,51±0,16) ×10 $^{2}$	1,17±0,03

exp.	\| $F_{m e d}$ \|(N)	\| $F_{e}$ \|(N)	$F_{e}$ / $F_{m e d}$
1	(1,43±0,03) ×10 $^{2}$	(1,59±0,03) ×10 $^{2}$	1,10±0,03
2	(2,37±0,07) ×10 $^{2}$	(2,66±0,08) ×10 $^{2}$	1,12±0,05
3	(2,98±0,19) ×10 $^{2}$	(3,40±0,22) ×10 $^{2}$	1,14±0,10
4	(3,67±0,13) ×10 $^{2}$	(4,21±0,15) ×10 $^{2}$	1,15±0,06
5	(4,29±0,25) ×10 $^{2}$	(4,94±0,28) ×10 $^{2}$	1,15±0,09
6	(4,70±0,43) ×10 $^{2}$	(5,47±0,51) ×10 $^{2}$	1,16±0,15
7	(5,05±0,19) ×10 $^{2}$	(5,89±0,22) ×10 $^{2}$	1,17±0,06

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