E se a superfície for áspera? Um estudo sobre a influência da força de atrito em colisões inelásticas através de videoanálise

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo que explica a física associada ao conjunto das sucessivas colisões inelásticas de um sólido esférico contra a superfície rígida do piso do laboratório, após ser lançado de uma determinada altura. O centro de massa do sólido é rastreado a partir da videoanálise realizada através do conhecido software educacional Tracker, possibilitando a obtenção da velocidade de seu centro de massa durante todo o caminho percorrido. O momento linear do sólido é obtido nos instantes imediatamente antes e após as colisões, permitindo o cálculo de sua dissipação, assim como da dissipação da energia cinética, durante esses eventos. O papel desempenhado pela força de atrito durante as colisões também é avaliado, através de uma grandeza pouco conhecida na literatura de física básica, designada por coeficiente de restituição tangencial. Medidas dessa grandeza apresentaram valores próximos à unidade e, portanto, revelaram quantitativamente que, para o experimento realizado, é ínfima a contribuição da força de atrito para o impulso durante as colisões, se comparada à fornecida pela força normal, também exercida pelo piso do laboratório. Esse resultado é implicitamente considerado em modelos de colisões apresentados em livros didáticos de física básica, onde, sem nenhuma justificativa, a força de atrito é ignorada.

Maximizing tangential frictional forces effects in bidimensional collisions: a study of the tangent restitution coefficient through a video analysis approach

“…In this case, the friction force favors the horizontal component of the translational motion, at the same time that it reduces the angular velocity of the ball, allowing to explain the reason why the magnitudes of the horizontal components of velocities immediately after the collisions are greater than immediately before these events, as indicated on the Table 1. In this paper, we explore and maximize this effect, whose existence was suggested in a previous work [1], by horizontally launching the basketball with a relatively small center of mass velocity v x , 0.34 m/s < v x < 0.47 m/s, while simultaneously imprinting a considerable initial angular velocity. In addition, the horizontal surface was covered with a rubberized material in order to increases its roughness and strengthen the friction force in the motion direction due to the considerable high rotation of the ball.…”