Coeficiente de restituição em colisões


Objetivo

Estudar o coeficiente de restituição utilizando o intervalo de tempo entre os sucessivos impactos de uma esfera com uma superfície rígida (mesa ou chão).

Material necessário


Montagem experimental


Instruções para experiência

Grava-se o som produzido pelos impacto da bola com o chão e com o auxílio do software determina-se o intervalo de tempo entre duas colisões sucessivas.
Usando o Spectrogram
Detalhes do uso do SPECTROGRAM

Visualização e coleta dos dados na tela do computador

Um registro do Spectrogram para o som produzido por uma bola que é largada no chão:

Observa-se que o intervalo de tempo entre os sucessivos impactos, indicados na figura por T1, T2, T3 e T4, diminui a medida que passa o tempo. Por que?

O mouse é utilizado para se fazer a leitura dos instantes de tempo de cada impacto, que permitem determinar T1, T2, ... Este valores são, então, levados para algum programa gráfico.

Resultados típicos:

 

Um pouco de teoria:

Se a bola de massa m for largada de uma alura H1, subirá a uma altura H2. Usualmente H2 < H1, pois o choque não constuma ser perfeitamente elástico. Então, há uma perda de energia igual a m g (H1 - H2). A perda de energia na colisão pode ser expressa em termos do coeficiente de restituição que, por definição, para uma superfície rígida, é dado por:

onde V2 representa o módulo da velocidade depois da colisão e V1 o módulo da velocidade antes.

É um bom exercício mostrar que para o primeiro impacto no chão:

Para o enésimo impacto:

Logo, pode-se determinar o coeficiente de restituição: Também se pode observar que:
Portanto, pode-se determinar o coeficiente de restituição Limitando-se o estudo a faixas de velocidade em que o coeficiente de restituição é constante, estes gráficos serão lineares e a inclinação da reta fornecerá o coeficiente de restituição.

Determinação do coeficiente de restituição:

Exemplo de resultado obtido por M. Cavalcante et. al.

 

Outra possibilidade de software:
O som gravado em arquivo tipo wav é transformado em código ASC com o software (shareware) AwaveAudio

Referências


R. Haag (haag@if.ufrgs.br) , L. M. Oliveira (lmendes@if.ufrgs.br); & E. A. Veit (eav@if.ufrgs.br)
Outubro de 2002
CREF - Instituto de Física - UFRGS