A Ciência do Momentum
O momento pode ser pensado como a quantidade de movimento que um objeto possui. O momento é determinado pela massa do objeto (quanto está se movendo) e sua velocidade (quão rápido ele está se movendo). Na física, o momento é representado por “p”, então a equação para determinar o momento é p = mv (o momento é igual à massa vezes a velocidade). Um objeto mais pesado, como uma bola de boliche, viajando na mesma velocidade que um objeto mais leve, como uma bola de chute, teria maior impulso de acordo com as leis da física.
Para este Laboratório STEM, você precisa entender o impulso e como ele afeta as colisões, porque mais tarde você competirá em um jogo de boliche chamado Strike Challenge. Você programará o Speedbot para correr contra uma bola, a fim de derrubar os pinos e obter a pontuação mais alta. Vamos pensar no que acontece quando dois objetos colidem. Eles transferem energia cinética, sim. Porém, o momento de cada um dos dois objetos em colisão antes da colisão pode prever como os dois objetos reagirão após a colisão. Voltaremos a esta ideia mais tarde.
Motivar a discussão
Raciocinar sobre o impulso dentro de uma discussão é uma boa maneira de orientar os esforços dos alunos para conceituá-lo. O foco deste Laboratório STEM será o impulso do robô ao colidir com uma bola.
As questões a seguir podem ser fundamentadas em unidades métricas conforme escritas ou em milhas imperiais, libras e pés por segundo. O raciocínio deve ser o mesmo sem necessidade de conversões.
P: Qual destes tem mais impulso: uma esfera rolando a 8 km por hora ou a mesma esfera rolando a 10 km por hora?
A: A esfera que rola a 10 km por hora tem mais impulso porque está se movendo mais rápido.
P: Qual destes tem mais impulso: um carro de tamanho médio dirigindo a 90 km por hora ou um ônibus dirigindo a 90 km por hora?
A: O ônibus dirigindo a 90 km por hora tem mais impulso porque tem mais massa.
P: Qual destes tem mais impulso: uma bicicleta sendo pedalada colina acima ou a mesma bicicleta sendo pedalada colina abaixo?
A: A bicicleta que está sendo pedalada na descida tem mais impulso porque a rampa de descida da colina e a pedalada aceleram sua velocidade - a menos que um sistema de freio também esteja sendo aplicado.
P: O que você preferiria que colidisse com você: um caminhão de 1.000 kg movendo-se a 1 metro por minuto ou um melão de 1 kg movendo-se a 1.000 metros por segundo?
A: O caminhão pode derrubá-lo, mas não está se movendo rápido o suficiente para feri-lo gravemente, enquanto o melão se movendo a 1000 m/s pode matá-lo. Isto destaca que a quantidade de momento está relacionada com a quantidade de energia transferida de um objeto durante uma colisão. A massa de um objeto por si só não é suficiente para determinar quanta energia destrutiva ele fornece durante uma colisão. Também precisamos considerar o quão rápido ele está se movendo.