Impulso: Definição, Equação, Cálculo e Exemplos

Definição de Impulso

Se você já chutou uma bola, acertou um saco de pancadas ou praticou esportes que envolviam qualquer tipo de bola, tem usado o conceito de impulso sem nem mesmo saber. Então, o que exatamente é impulso e o que isso tem a ver com qualquer uma dessas situações?

Antes de definirmos impulso, precisamos falar sobre o conceito de momentum. Momentum é uma medida de força e uma medida de quão difícil é parar um objeto. Um objeto que não está se movendo tem momento zero. Um objeto grande e lento tem um grande momento. Um pequeno objeto de movimento rápido também tem um grande momento. Por exemplo, se uma bola de pingue-pongue e uma bola de boliche têm a mesma velocidade, a bola de boliche tem um impulso maior porque é mais massiva do que a bola de pingue-pongue.

Esta é a fórmula do momentum:

Nesta fórmula, Momentum ( p ) é igual a Massa ( m ) vezes a Velocidade ( v ). Momentum é um vetor que é igual ao produto da massa pela velocidade (que também é um vetor).

Mas como o momentum está relacionado ao impulso? Quando uma força atua sobre um objeto por um curto período de tempo, o impulso é a medida de quanto a força muda o momento de um objeto.

A fórmula para o impulso é assim:

Como o impulso é uma medida de quanto o momentum muda como resultado da força agindo sobre ele por um período de tempo, uma fórmula alternativa para o impulso se parece com esta:

Esta fórmula relaciona o impulso à mudança no momento do objeto. Impulso tem duas unidades diferentes, quilograma vezes metros por segundo (kg m / s) ou Newton vezes segundos (Ns).

Exemplos de impulso

Vamos dar uma olhada em alguns exemplos.

Neste primeiro exemplo, veremos o impulso de um objeto que colide com uma parede e para após a colisão. Se o objeto de 2,0 kg viaja com uma velocidade de 10 m / s antes de atingir a parede, o impulso pode ser calculado.

Δ p = p f – p i

Δ p = mv f – mv i

Δ p = (2,0 kg) (0 m / s) – (2,0 kg) (10 m / s) = -20 kg m / s

Neste segundo exemplo, veremos o impulso de um objeto que colide com uma parede e salta para trás após a colisão. Se o objeto de 2,0 kg viaja com uma velocidade de 10 m / s antes de atingir a parede e uma velocidade de -10 m / s após a colisão (negativo porque ele rebate na direção oposta), então o impulso pode ser calculado como segue:

Δ p = p f – p i

Δ p = mv f – mv i

Δ p = (2,0 kg) (- 10 m / s) – (2,0 kg) (10 m / s) = -20 kg m / s – 20 kg m / s = -40 kg m / s

Neste próximo exemplo, calcularemos o impulso de uma maneira diferente. Qual é o impulso causado por uma força média de 10 Newtons se ela atua sobre uma bola por 2,0 segundos? O impulso aqui pode ser calculado como:

Aplicações de Impulso

Agora que podemos calcular o impulso, podemos dar uma olhada em alguns exemplos interessantes de impulso na vida cotidiana. O exemplo mais notável é o sistema de airbag do carro. Os airbags estão nos carros para reduzir os danos ao motorista ou passageiro durante uma colisão.

Se o impulso é a força multiplicada pelo tempo, então a força é o impulso dividido pelo tempo. O que o airbag faz é aumentar o tempo necessário para interromper o impulso do passageiro ou motorista. Se este tempo for aumentado, a força do impacto será reduzida. Se o tempo de impacto for curto, a força de impacto aumenta e pode causar danos graves aos ocupantes do carro.

Ter pisos acolchoados em um ginásio é outra aplicação do conceito de impulso. Para reduzir a força do impacto quando alguém cai no chão, o forro aumenta o tempo de contato entre a pessoa e o chão. Assim como os airbags, quando o tempo de contato aumenta, a força de impacto diminui.

Aqui está um exemplo que você pode fazer em casa. Você e seus amigos querem experimentar impulso e ovos. Se você deixar cair os ovos em uma superfície dura, todos sabem que o ovo vai quebrar. O tempo de impacto entre o chão e o ovo é curto, o que significa que a força (que é o impulso dividido pelo tempo) torna-se grande o suficiente para quebrar o ovo. Se você tiver quatro de seus amigos segurando um lençol alguns centímetros acima do chão e derrubando o ovo novamente, o ovo não quebrará. Por quê? O lençol aumentou o tempo de colisão e, como resultado, a força do impacto foi reduzida.

O impulso também está sempre presente no esporte. No tênis, sempre que uma bola é rebatida para frente e para trás, há um impulso entre a bola e a raquete de tênis. No futebol, quando uma bola é chutada, o impulso pode ajudar a determinar a força do chute se soubermos o tempo de contato entre o pé e a bola. No tênis, beisebol e golfe (entre outros esportes), quanto mais rápido você balança na bola, maior o impulso que você dá a ela. A bola então vai mais rápido ou mais longe.

Resumo da lição

Momento e impulso são quantidades relacionadas. Momentum é uma medida da força de um objeto, bem como da dificuldade de alterar o movimento de um objeto. Impulso é a mudança de momento de um objeto quando o objeto sofre a ação de uma força por um intervalo de tempo. Assim, com o impulso, você pode calcular a mudança no momento ou pode usar o impulso para calcular a força de impacto média de uma colisão.

A fórmula do impulso é:

Impulso = Força * tempo = força * Delta t

Delta t = t ^ final – t ^ inicial

Como o impulso é uma medida de quanto o momentum muda como resultado da força agindo sobre ele por um período de tempo, uma fórmula alternativa para o impulso é:

Impulso = Delta p = p ^ final – p ^ inicial

Uma colisão mais longa ou tempo de impacto se traduz em uma força menor. Enquanto isso, uma colisão curta ou tempo de impacto causa uma grande força de impacto em uma colisão.

Os airbags dos automóveis e os ginásios almofadados são exemplos de utilização do conceito de impulso para reduzir a força do impacto. Ter uma grande velocidade da cabeça da raquete aumenta a força em uma bola de tênis. Isso diminui o tempo de impacto entre a bola e a raquete, aumentando assim a força do impacto.

Impulse: Guia Rápido

• momentum : uma medida de força e uma medida de quão difícil é parar um objeto
  
  • Momento (p) = Massa (m) * Velocidade (v)
• impulso : a medida de quanto a força muda o momento de um objeto
  
  • Impulso = Força * tempo = força * Delta t
    
    • Delta t = t ^ final – t ^ inicial
  • Impulso = Delta p = p ^ final – p ^ inicial

O Impulse é usado para ajudar os airbags nos carros, a fim de reduzir os danos ao motorista durante uma colisão.

Resultados de Aprendizagem

Depois de aprender sobre impulso nesta lição, você deve ser capaz de

• Defina o impulso.
• Explique a relação entre momentum e impulso.
• Lembre-se das fórmulas para momentum e impulso e calcule o impulso.
• Discuta algumas aplicações do impulso no mundo real.