Enunciado
Física - Alaor Chaves- Ed: 1º - Capítulo 8.Exercícios e Problemas - Ex. 9
8.9P Duas partículas, de massas e , colidem frontalmente e de forma elástica com velocidade relativa . Calcule as velocidades das duas partículas: A) no sistema de referência em que a partícula está inicialmente parada: B) no sistema ligado ao centro de massa.
Passo 1
Belezera galerinha, se as partículas colidem frontalmente de forma elástica, podemos usar as equações da Seção 8.5, desde que escolhamos um referencial onde a corpo 2 esteja parado no momento inicial. Maaaass, é exatamente isso que o enunciado nos pede, ele quer que a gente encontre as velocidades das partículas no sistema de referencial em que a partícula está inicialmente parada. Dessa forma pela conservação do momento linear, temos:
Onde e são as velocidades finais da massa e respectivamente, enquanto é velocidade relativa entre os corpos, mas como no nosso referencial a partícula deve ter velocidade nula, toda a velocidade entre as partículas deve estar associada a partícula .
Passo 2
Dessa maneira, podemos isolar a velocidade final da partícula como:
Maaass, a malandragem agora é que para colisões elásticas onde nosso referencial faz com que a particula esteja parada, nos fornece uma relação dada como:
Então podemos substituir a velocidade na nossa equação, saca só:
Dando uma arrumadinha, temos:
E agora o truqe de mágica é a gente multiplicar tudo por , tal que:
Portanto a velocidade final da particula será:
Passo 3
Belezoca galerilds, agora na letra (B) queremos a velocidade num referencial do centro de massa, só que já encontramos as velocidades finais num referencial para a particula . E como a gente é malandro não vamos precisar refazer todos os cáculos, basta a gente lembrar que as velocidades finais das particulas no centro de massa é relacionada por:
Onde é o centro de massa no referencial onde encontramos e , isto é, no referencial da particula , enquanto e são as velocidades finais no referencial do centro de massa que separa as particulas por uma distância . Dessa forma, podemos o encontrar o centro de massa tal que:
Portanto as velocidades relativas serão:
E: