Momentum é uma medida de massa em movimento. Qualquer objeto em movimento tem momento. Conforme definido por Newton, o momento de um objeto (p) é o produto da massa (m) e velocidade (v) do objeto. Na física, o momento de um objeto é igual à massa vezes a velocidade.
Normalmente, o momento é abreviado usando a letra “p”, fazendo com que a equação se pareça com:
onde p é a quantidade de movimento, m é a massa e v é a velocidade
A partir desta equação, podemos ver que a velocidade do objeto e a massa têm um impacto igual na quantidade de momento.
Temos mais impulso quando estamos correndo do que quando estamos andando. Da mesma forma, se um carro e uma bicicleta estiverem percorrendo a rua com a mesma velocidade, o carro terá mais impulso (devido à sua maior massa).
O momento pode ser considerado a potência quando um objeto está em movimento, ou seja, quanta força ele pode ter sobre outro objeto. Por exemplo, uma bola de boliche (grande massa) empurrada muito lentamente (baixa velocidade) pode atingir uma porta de vidro e não quebrá-la, enquanto uma bola de beisebol (pequena massa) pode ser arremessada rapidamente (alta velocidade) e quebrar a mesma janela. A bola de beisebol tem um impulso maior do que a bola de boliche. Porque o momento é o produto da massa e a velocidade afetam o momento de um objeto. Como mostrado, um objeto com grande massa e baixa velocidade pode ter o mesmo momento que um objeto com pequena massa e grande velocidade. Uma bala é outro exemplo em que o momento é muito alto, devido à velocidade extraordinária.
A quantidade de movimento é uma grandeza vetorial. Uma quantidade vetorial é uma quantidade que é totalmente descrita tanto por magnitude quanto por direção. Para descrever completamente o momento de uma bola de boliche de 5 kg movendo-se para oeste a 2 m/s, devemos incluir informações sobre o módulo e a direção da bola de boliche. Não basta dizer que a bola tem 10 kg m/s de momento; o momento da bola não é totalmente descrito até que a informação sobre sua direção seja dada. A direção do vetor momento é a mesma que a direção da velocidade da bola. A direção do vetor velocidade é a mesma que a direção em que um objeto está se movendo. Se a bola de boliche está se movendo para oeste, então seu momento pode ser totalmente descrito dizendo que ela é de 10 kg m/s para oeste. Como uma grandeza vetorial, a quantidade de movimento de um objeto é totalmente descrita por magnitude e direção. A direção do momento é mostrada por uma seta ou vetor.
A unidade de momento é kg m/s (quilograma metro por segundo) ou N s (Newton segundo).
Impulso – Impulso é a mudança de momento causada por uma nova força; essa força aumentará ou diminuirá o momento, dependendo da direção da força; para ou para longe do objeto que estava se movendo antes. Se a nova força (N) estiver indo na direção do momento do objeto (x), o momento de x aumentará; portanto, se N estiver indo em direção ao objeto x na direção oposta, x diminuirá a velocidade e seu momento diminuirá.
Para entender a conservação do momento, a direção do momento é importante. A quantidade de movimento em um sistema é somada usando a adição vetorial. Sob as regras da adição vetorial, adicionar uma certa quantidade de momento junto com a mesma quantidade de momento indo na direção oposta dá um momento total de zero. Por exemplo, quando uma arma é disparada, uma pequena massa (a bala) se move em alta velocidade em uma direção. Uma massa maior (a arma) se move na direção oposta a uma velocidade muito mais lenta. O recuo de uma arma é devido à conservação do momento. A arma se move para trás a uma velocidade menor do que a bala por causa de sua maior massa. O momento da bala e o momento da arma são exatamente iguais em tamanho, mas opostos em direção. Usando a adição vetorial para adicionar o momento da bala ao momento da arma (igual em tamanho, mas oposta em direção) dá um momento total do sistema de zero. O momento do sistema de bala da arma foi conservado.
Quando dois objetos se chocam, isso é chamado de colisão. Na física, uma colisão não precisa envolver um acidente (como dois carros colidindo um com o outro), mas pode ser qualquer evento em que dois ou mais objetos em movimento exercem forças um sobre o outro por um curto período de tempo.
Existem dois tipos de colisão - elástica e inelástica
Uma colisão elástica é aquela em que não há perda de energia cinética. A colisão elástica ocorre quando os dois objetos "saltam" quando colidem.
Uma colisão inelástica é aquela em que parte da energia cinética dos corpos em colisão é perdida. Isso ocorre porque a energia é convertida em outro tipo de energia, como calor ou som. As colisões inelásticas ocorrem quando dois objetos colidem e não se afastam um do outro.
Exemplos:
Uma teoria importante na física é a lei da conservação do momento. Esta lei descreve o que acontece com o momento quando dois objetos colidem. A lei afirma que quando dois objetos colidem em um sistema fechado, o momento total dos dois objetos antes da colisão é o mesmo que o momento total dos dois objetos após a colisão. O momento de cada objeto pode mudar, mas o momento total deve permanecer o mesmo.
Por exemplo, se uma bola vermelha com massa de 10 kg está viajando para leste com velocidade de 5 m/s e colide com uma bola azul com massa de 20 kg viajando para oeste com velocidade de 10 m/s, qual é o resultado? ?
Primeiro, identificamos o momento de cada bola antes da colisão:
Bola vermelha = 10 kg * 5 m/s = 50 kg m/s leste
Bola azul = 20 kg * 10 m/s = 200 kg m/s oeste
O momento resultante será ambas as bolas = 150 kg m/s oeste
Nota: Um objeto parado tem um momento de 0 kg m/s.
O momento que discutimos acima é em grande parte o momento linear. É consistente com nossa compreensão do momento – um objeto grande e em movimento rápido tem maior momento do que um objeto menor e mais lento. O momento linear é expresso como p = mv
De acordo com o Princípio de Conservação do Momento Linear, na ausência de forças externas, o momento total de um sistema não muda. A quantidade de movimento dos componentes individuais pode, e geralmente muda, mas a quantidade de movimento total do sistema permanece constante.
Mas e os objetos que se movem em círculo? Acontece que não podemos imaginar o momento angular da mesma maneira. O momento angular é o momento de um objeto que está girando ou em movimento circular e é igual ao produto do momento de inércia pela velocidade angular. O momento angular é medido em quilogramas metros quadrados por segundo.
Um corpo em rotação tem uma inércia associada a ele chamada momento de inércia. O momento de inércia é como a massa no momento linear, pois é a resistência à mudança na velocidade de rotação quando um torque (rotacional equivalente à força) é aplicado.
O momento de inércia depende de:
O momento angular é expresso como L = Iω. Esta equação é análoga à definição de momento linear como p = mv. As unidades de momento linear são kg m/s, enquanto as unidades de momento angular são kg m2/s. Como seria de esperar, um objeto que tem um grande momento de inércia I, como a Terra, tem um momento angular muito grande. Um objeto que tem uma grande velocidade angular ω, como uma centrífuga, também tem um momento angular bastante grande.
A conservação do momento angular explica muitos fenômenos. O momento angular total de um sistema permanece inalterado se nenhum torque externo atua sobre ele. A velocidade de rotação pode mudar simplesmente alterando o momento de inércia.
Um exemplo de conservação do momento angular é quando uma patinadora está executando um giro. O torque resultante sobre ela é muito próximo de zero, porque há relativamente pouco atrito entre seus patins e o gelo, e porque o atrito é exercido muito próximo ao ponto de pivô. Consequentemente, ela pode girar por algum tempo. Ela pode fazer outra coisa também. Ela pode aumentar sua taxa de giro puxando seus braços e pernas para dentro. Por que puxar seus braços e pernas aumenta sua taxa de giro? A resposta é que seu momento angular é constante devido ao torque resultante sobre ela ser insignificantemente pequeno. Sua taxa de rotação aumenta muito quando ela puxa os braços, diminuindo seu momento de inércia. O trabalho que ela faz para puxar os braços resulta em um aumento na energia cinética rotacional.
Existem vários outros exemplos de objetos que aumentam sua taxa de rotação porque algo reduziu seu momento de inércia. Os tornados são um exemplo. Os sistemas de tempestade que criam tornados estão girando lentamente. Quando o raio de rotação se estreita, mesmo em uma região local, a velocidade angular aumenta, às vezes até o nível furioso de um tornado. A Terra é outro exemplo. Nosso planeta nasceu de uma enorme nuvem de gás e poeira, cuja rotação veio da turbulência em uma nuvem ainda maior. As forças gravitacionais fizeram com que a nuvem se contraísse e, como resultado, a taxa de rotação aumentasse.
No caso do movimento humano, não se esperaria que o momento angular fosse conservado quando um corpo interage com o ambiente à medida que seu pé sai do chão. Os astronautas que flutuam no espaço não têm momento angular em relação ao interior da nave se estiverem imóveis. Seus corpos continuarão a ter esse valor zero, não importa como eles se torçam, desde que não se empurrem para o lado da embarcação.
