如果表面很粗糙怎么办?通过视频分析研究了非弹性碰撞中摩擦力的影响

Q4 Social Sciences
R. S. Franco, V. S. Miranda, R. Dutra, L. C. Ribeiro
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摘要

这项工作提出了一项研究,解释了一组连续的非弹性碰撞的物理球形固体与实验室地板的刚性表面后,从一定的高度投掷。固体的质心是通过著名的教育软件跟踪器进行的视频分析进行跟踪的,这使得获得其质心在整个路径上的速度成为可能。固体的线性动量是在碰撞前后的瞬间获得的,允许计算它们的耗散,以及在这些事件中动能的耗散。摩擦力在碰撞过程中所起的作用也通过一个在基础物理文献中鲜为人知的量进行了评估,即切向恢复系数。这个量的测量显示了接近单位的值,因此,定量地揭示了,在进行的实验中,与实验室地板施加的法向力相比,摩擦力对碰撞脉冲的贡献是最小的。在基础物理教科书中提出的碰撞模型中含蓄地考虑了这一结果,在没有任何理由的情况下,摩擦力被忽略了。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
E se a superfície for áspera? Um estudo sobre a influência da força de atrito em colisões inelásticas através de videoanálise
Este trabalho apresenta um estudo que explica a fisica associada ao conjunto das sucessivas colisoes inelasticas de um solido esferico contra a superficie rigida do piso do laboratorio, apos ser lancado de uma determinada altura. O centro de massa do solido e rastreado a partir da videoanalise realizada atraves do conhecido software educacional Tracker, possibilitando a obtencao da velocidade de seu centro de massa durante todo o caminho percorrido. O momento linear do solido e obtido nos instantes imediatamente antes e apos as colisoes, permitindo o calculo de sua dissipacao, assim como da dissipacao da energia cinetica, durante esses eventos. O papel desempenhado pela forca de atrito durante as colisoes tambem e avaliado, atraves de uma grandeza pouco conhecida na literatura de fisica basica, designada por coeficiente de restituicao tangencial. Medidas dessa grandeza apresentaram valores proximos a unidade e, portanto, revelaram quantitativamente que, para o experimento realizado, e infima a contribuicao da forca de atrito para o impulso durante as colisoes, se comparada a fornecida pela forca normal, tambem exercida pelo piso do laboratorio. Esse resultado e implicitamente considerado em modelos de colisoes apresentados em livros didaticos de fisica basica, onde, sem nenhuma justificativa, a forca de atrito e ignorada.
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期刊介绍: The Revista Brasileira de Ensino de Física - RBEF - is an open-access journal of the Brazilian Physical Society (SBF) devoted to the improvement of Physics teaching at all academic levels. Through the publication of peer-reviewed, high-quality papers, we aim at promoting Physics and correlated sciences, thus contributing to the scientific education of society. The RBEF accepts papers on theoretical and experimental aspects of Physics, materials and methodology, history and philosophy of sciences, education policies and themes relevant to the physics-teaching and research community.
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