FÍSICA
1ª SÉRIE
PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA �QUANTIDADE DE MOVIMENTO
AULA 21
Compreender situações-problemas envolvendo quantidade de movimento.
OBJETIVO DA AULA
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d16 — Compreender situações-problemas envolvendo quantidade de movimento e/ou impulso.
PARA INÍCIO DE CONVERSA
Até o final desta aula, você deverá responder a seguinte questão:
De que forma o movimento é transmitido?
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Em cartaz, na aula de Física mais próxima de você!
Não dará tempo de escapar! Você terá que escolher se foge do adulto e se choca com a criança ou vice-versa.
QUANTIDADE DE MOVIMENTO
O momento da decisão
VOCÊ ESTÁ AQUI!
Para entender melhor esse conceito, imagine que você está em uma pista de patinação e percebe que um adulto e uma criança, estão vindo de encontro, com a mesma velocidade.
Qual das colisões lhe causaria maior estrago?
QUANTIDADE DE MOVIMENTO
Momento linear ou momentum
Certamente, o choque com o adulto provocaria maiores lesões. O adulto tem algo a mais no movimento dele, a massa. Por isso, pará-lo, exigiria maior esforço.
Assim, além da velocidade, a massa também é importante para determinar uma grandeza que chamamos de quantidade de movimento, momento linear, ou ainda, momentum, termo originário do latim que significa “movimento”.
E aí, você já respondeu?
Qual das colisões lhe causaria maior estrago?
PRATICANDO 1
“Momentum” de velocidade e massa!
O momentum verificado de uma moto a 60 km/h é maior, menor ou igual em relação a um caminhão a 60 km/h? Justifique sua resposta.
2 min
Imagens: Freepik.com
É menor, em relação ao caminhão. Embora tenha a mesma velocidade do caminhão, ela possui menor massa.
O momentum, ou então, a quantidade de movimento, é uma grandeza que relaciona a massa e a velocidade de um corpo.
Massa �(kg)
Velocidade �(m/s)
Quantidade de movimento (kg∙m/s)
QUANTIDADE DE MOVIMENTO
Como calcular o momentum?
Anote, em seu caderno, a expressão que permite determinar a quantidade de movimento:
2 min
PRATICANDO 2
Só mais um “momentum”!
Qual a quantidade de movimento de um patinador de gelo de 50 kg que desliza sobre uma pista de gelo a 2 m/s?
Com os dados da questão, podemos aplicar a expressão:
MOMENTUM E CONSERVAÇÃO
Aproveite o “momentum” num sistema isolado!
A quantidade de movimento se conserva, por assumir valores iguais, antes e depois da colisão. Assim:
Temos aqui, um dos mais importantes princípios da Física, que chamamos de Princípio de Conservação da Quantidade de Movimento.
Tomaremos como exemplo, as colisões que acontecem na mesa de sinuca. Nas interações do jogo, entre o taco e a bola e, entre uma bola e outra, o atrito existente é baixo, que podemos desprezá-lo, o que torna a mesa um sistema isolado, ou seja, um sistema que não recebe forças externas (ou resultante é zero) e, assim, o momentum se conserva.
René Descartes, filósofo francês do século XVII, empregou a ideia de conservação ao estudo dos movimentos. Segundo ele, “haveria uma certa momentum imutável no Universo”. A ideia é válida, porém, Descartes tratava a velocidade como grandeza escalar e, dessa forma, o princípio só poderia ser utilizado na mesma direção e sentido.
MOMENTUM E O PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO
O princípio da história…
René Descartes
1596 - 1650
A conservação da quantidade de movimento só pode ser explicada satisfatoriamente quando Isaac Newton deu à velocidade e, consequentemente, à quantidade de movimento, o seu caráter vetorial.
Isaac Newton (1643 - 1727)
Dando direção e sentido à história…
Conheça mais sobre este dispositivo! Assista ao vídeo a seguir e, escreva em seu caderno, o que está acontecendo em cada situação.
O pêndulo de Newton é um dispositivo que recebe o nome do físico Isaac Newton por demonstrar empiricamente princípios e leis físicas por ele estudadas.
Canal Ponto Ciência - “Brincando com o pêndulo de Newton”. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=tG65CGR1adU�Acesso em: 5 abr. 2024.
MOMENTUM E O PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO
Pêndulo de Newton
PRATICANDO 3
Uma questão de princípio!
Na colisão, a bola branca parou, todavia, a bola vermelha inicia o movimento até uma das bocas da mesa. Qual o momentum da bola vermelha?
Em um jogo de sinuca, uma bola branca, com massa 0,5 kg e velocidade de 2 m/s, choca-se com uma bola vermelha de mesma massa.
Como o sistema pode ser considerado isolado, o momentum se conserva, antes e depois da colisão. Portanto:
MOMENTUM E O PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO
Da mecânica clássica à quântica!
No Brasil, temos o Sirius (foto), o maior acelerador de partículas de luz síncrotron do mundo.
O acelerador faz parte do CNPEM (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais), Campinas/SP.
O conceito de momentum é aplicado na mecânica clássica para explicar movimentos que vemos em nosso cotidiano e, na mecânica quântica, para entender o movimento de partículas em escala subatômica, por exemplo, em aceleradores de partículas.
Continua no �próximo slide…
No Sirius, é possível iluminar a estrutura microscópica da matéria e revelar, em alta resolução e em três dimensões, imagens das estruturas de plantas, fósseis, ligas metálicas, proteínas, células ou vírus, como mostra o vídeo ao lado.
MOMENTUM E O PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO
Acelerador de partículas do Brasil
Disponível em: https://www.youtube.com/watch?list=PLIPaB4hHh2xQ4Ns1BU6V_LfCfBynOG1y1&v=HYOeLbkrxSg Acesso em: 10 abr. 2024.
PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO
Mecânica clássica x Mecânica Quântica
Na mecânica clássica, a posição e o momentum de uma partícula permitem descrever o movimento com certa precisão. Nesse contexto, destaca-se a mecânica de Isaac Newton.
Na mecânica quântica, não é possível medir, ao mesmo tempo, a posição e o momentum de partícula subatômica, pois:
Isaac Newton (1643–1727)
Werner Heisenberg �(1901 - 1976)
Essa impossibilidade ficou conhecida como Princípio da Incerteza, determinado em 1927, pelo físico Werner Heisenberg.
Newton enuncia suas leis do movimento e sintetiza as ideias de Descartes, Galileu e Kepler.
“A certeza que se tiver �em uma medida leva a �incerteza na outra”.
O QUE VIMOS?
Professor, caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse: https://forms.gle/ZuC8G4UPYMEdztJy5
Nesta aula, compreendemos situações-problemas envolvendo quantidade de movimento.
PARA
Livro didático
Coleção Multiversos,
Vol. 2. Pág. 28
Sugestão de leitura
“Alice no País do Quantum”.
REFERÊNCIAS
BARRETO F, Benigno. SILVA, Claudio. Física aula por aula: vol.1. Física Moderna. 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
GONÇALVES FILHO, Aurélio. Física: interação e tecnologia. Vol. 1. Aurélio Gonçalves Filho, Carlos Toscano. 2ª ed. – São Paulo: Leya, 2016.
HEWITT, Paul G. Fundamentos de Física Conceitual – tradução Trieste Ricci. – Porto Alegre: Bookman, 2009.
GODOY, Leandro Pereira de. Multiversos. Ensino médio/ Leandro Pereira de Godoy, Rosana Maria Dell’Agnolo, Wolnei Candido de Melo. 1ª ed. São Paulo: FTD 2020.
SANTOS, Leandro Antonio dos. CASTRO, Antonio Sergio Magalhães de. Conceituação e simulação da dinâmica do movimento: caderno do aluno [Disponível em: https://ppgefisica.sites.uepg.br/producao.html - Acesso em: 21 dez. 2023] /. Ponta Grossa: UEPG/PROEX, 2018.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESTADO DE SÃO PAULO/USP. GRUPO DE REELABORAÇÃO DO ENSINO DE FÍSICA/GREF. Física 1: mecânica. 4ª
Edição. São Paulo: Edusp, s/d