Enunciado

Prove diretamente que, se a energia e a quantidade de movimento são conservados numa colisão elástica, então, u · (v', - v'2) = -u · (v, - v2), onde u é um vetor unitário na direção em que variou a quantidade de movimento de qualquer das duas partículas. Esse resultado significa que, na colisão, a componente da velocidade relativa, na direção da troca de quantidade de movimento, é invertida. Aplique isso para o caso da colisão frontal. Compare com o resultado do Prob. 25 para e= L. [Sugestão: Escreva as duas leis de conservação com todos os termos de cada partícula colocados ele cada lado das duas equações.]

Passo 1

A Lei da conservação de energia nos dá:

1 2 ⋅ m 1 ⋅ ( v 1 2 - v 1 ' 2 ) = 1 2 ⋅ m 2 ⋅ ( v 2 2 - v 2 ' 2 ) …………………………….(1)

Pela conservação do momento temos:

m 1 ⋅ ( v 1 2 - v 1 ' 2 ) = m 2 ⋅ ( v 2 2 - v 2 ' 2 ) ……………………………………….(2)

De acordo com a definição o vetor unitário u fica estabelecido por:

u = m 1 ⋅ ( v 1 2 - v 1 ' 2 ) | m 1 ⋅ ( v 1 2 - v 1 ' 2 ) | = m 2 ⋅ ( v 2 2 - v 2 ' 2 ) | m 2 ⋅ ( v 2 2 - v 2 ' 2 ) | …………………………………………….(3)

A conservação de energia produz a equação

m 1 = ( v 1 2 - v 1 ' 2 ) ⋅ ( v 1 2 + v 1 ' 2 ) = m 2 ⋅ ( v 2 2 - v 2 ' 2 ) ⋅ ( v 2 2 + v 2 ' 2 ) …..(4)

m 1 = ( v 1 2 - v 1 ' 2 ) 2 = m 2 ⋅ ( v 2 2 - v 2 ' 2 ) 2

De (3)

| m 1 ⋅ ( v 1 2 - v 1 ' 2 ) | = | m 2 ⋅ ( v 2 2 - v 2 ' 2 ) |

Logo, em (4) temos

| m 1 ⋅ ( v 1 2 - v 1 ' 2 ) | ⋅ u ⋅ ( v 1 2 + v 1 ' 2 ) = | m 2 ⋅ ( v 2 2 - v 2 ' 2 ) | ⋅ u ⋅ ( v 2 2 + v 2 ' 2 ) , ou seja,

u ⋅ ( v 1 ' 2 - v 2 ' 2 ) = - u ⋅ ( v 1 2 + v 2 2 ) …………………………………………..(5)

Aqui u = i ;   v 1 = v 1 i ;   v 1 ' = v 1 ' i ;   v 2 = v 2 i ;   v 2 ' = v 2 ' i …………..(6)

(6) em (5) da:

i ⋅ ( v 1 ' i - v 2 ' i ) = - i ⋅ ( v 1 i - v 2 i )

v 1 ' - v 2 ' = - ( v 1 - v 2 )

Resposta

v 1 ' - v 2 ' = - ( v 1 - v 2 )

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