Biología

Conservação do Momentum Linear: Fórmula e Exemplos

Momentum requer forças externas

Mesmo os objetos em repouso estão tecnicamente "em movimento", mas você não os vê porque o movimento está em uma escala microscópica. Por exemplo, seu computador é um equipamento sólido e pode estar apenas sentado em sua mesa, mas todas as moléculas que constituem os materiais de seu computador estão vibrando por dentro. O mesmo vale para seus sapatos, sua xícara de café, uma bola de tênis e qualquer outro objeto sólido.

A razão pela qual essas vibrações, ou forças, não fazem o objeto se mover é porque são forças internas e uma força externa é necessária para fazer um objeto se mover. Quando você pega seu computador, faz com que ele se mova, assim como uma raquete de tênis move a bola quando as duas colidem.

Olhamos para a terceira lei do movimento de Newton para explicar por que isso é verdade. Esta lei afirma que sempre que um objeto exerce uma força sobre outro objeto, o segundo objeto exerce uma força igual e oposta sobre o primeiro. Em outras palavras, as forças se cancelam.

Seria como se você estivesse sentado dentro de seu carro e tentando colocá-lo em movimento empurrando o painel. Você está dentro do carro, então você e o carro fazem parte do mesmo sistema. Você tem que empurrar de fora do carro para fazê-lo se mover, assim como a raquete de tênis tem que bater na bola de fora para fazê-la voar.

O momento é conservado em um sistema

Momentum é massa em movimento, e podemos aplicar nosso entendimento de forças externas aqui também. O momentum só pode ocorrer quando há uma força ou impulso externo, não de dentro do próprio sistema. Este importante conceito é chamado de lei de conservação do momento . Ele descreve como, quando não há forças externas, a dinâmica de um sistema não muda.

Na forma de equação, momento = massa * velocidade. Para aumentar o momento de um objeto, você precisa aumentar sua massa, sua velocidade ou ambos. Isso também significa que objetos diferentes podem ter o mesmo momento. Digamos, por exemplo, que um objeto tenha o dobro da massa do outro, mas o segundo objeto tenha o dobro da velocidade. Para ambos os objetos, o produto da massa e da velocidade é o mesmo, então o momento para ambos os objetos é o mesmo.

Quando isso acontece com dois objetos que fazem parte do mesmo sistema, não há momentum líquido, então dizemos que ele é conservado . Isso significa que não há alteração na quantidade total. Se os momentos dos objetos forem da mesma magnitude, mas em direções opostas, não haverá mudança no momento líquido do sistema. Eles se cancelam mutuamente, assim como as forças internas.

Vejamos um exemplo para ver como isso funciona. Embora sejam dois objetos separados, uma bala de canhão e um canhão são, na verdade, parte do mesmo sistema. Se ajudar, você pode pensar no canhão como seu carro e na bala como você sentado dentro dele. Conforme a bala de canhão é disparada, ela se move para fora do canhão, enquanto o canhão recua um pouco em resposta na direção oposta. A velocidade da bala de canhão é maior, e vemos isso porque a bala de canhão viaja muito rápido para fora do canhão. O canhão se move apenas um pouco, então a velocidade é pequena, mas a massa do canhão é muito maior do que a da bala.

Nessa situação, o momento de cada um acaba sendo o mesmo porque o produto da massa e da velocidade de cada um é o mesmo. E, como o momento de cada um ocorre em direções opostas, eles se cancelam, o que significa que para o sistema geral de canhão-bala de canhão, não há mudança líquida no momento. O momento antes do disparo da bala de canhão é zero porque nem o canhão nem a bala de canhão estão se movendo. No entanto, o momento após o disparo também é zero porque o momento do canhão é igual e oposto ao momento da bala!

Você pode ver como, embora cada objeto tenha um momento individual, o sistema geral não tem nenhum? Isso ilustra perfeitamente a lei da conservação do momento, porque, lembre-se, não significa que o momento dos componentes individuais não muda, apenas que eles mudam na mesma quantidade e em direções opostas.

Você pode pensar nisso como adicionar um número positivo e um número negativo do mesmo valor. Se você adicionar 5 e -5, obterá 0. Ambos são uma quantidade de 5, mas em direções opostas de 0, então eles se cancelam. Não importa o valor que você escolher, seja 5, 10, 100 ou 1.000.000, se você adicionar o negativo desse número, você sempre obterá 0 porque eles são iguais e opostos um ao outro. O mesmo é verdadeiro para o momentum dentro de um sistema.

Resumo da lição

Objetos que se movem individualmente têm impulso , mas nem todo sistema tem. Um sistema pode ser muitas coisas - uma bola de tênis, um carro com você no banco do motorista ou um canhão com uma bala de canhão dentro pronta para ser disparada.

Para alterar o momento de um objeto, uma força externa deve agir. As moléculas da bola de tênis não causam mais movimento na bola do que você causa no carro quando a empurra de dentro. É necessária uma força externa, como uma raquete de tênis ou um empurrão no pára-choque traseiro, para fazer as coisas andarem.

Isso é descrito na lei da conservação do momento . Essa lei afirma que, quando não há forças externas, o momentum de um sistema não muda. Isso não significa que os componentes individuais do sistema não experimentem uma mudança no momentum; exatamente o oposto é verdadeiro. No entanto, como com uma bala de canhão disparando de um canhão retrocedendo, a mudança é igual em magnitude e na direção oposta, de modo que as mudanças individuais se cancelam.

Resultados de Aprendizagem

No final desta lição, você será capaz de:

  • Lembre-se da terceira lei do movimento de Newton
  • Discuta a lei da conservação do momento e sua relação com o momento do sistema
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