Laboratório de Momento e Colisões

Em qualquer sistema fechado, o momento sempre se conserva devido à terceira lei de Newton: a força que o Carrinho 1 exerce sobre o Carrinho 2 é igual e oposta à força que o Carrinho 2 exerce sobre o Carrinho 1. A energia cinética, no entanto, só se conserva em colisões perfeitamente elásticas (e = 1). Em colisões macroscópicas no mundo real, a energia é sempre dissipada em energia térmica, som e deformação do material (e < 1). Na escala subatômica, as colisões entre moléculas de gás são perfeitamente elásticas, razão pela qual os gases não se acumulam eventualmente no chão como poças frias de matéria estática.

O coeficiente de restituição e é o controle principal desta ferramenta. É simplesmente a velocidade de separação dividida pela velocidade de aproximação: e = 1 é um repique perfeito (uma bola superelástica), enquanto e = 0 significa que os carrinhos ficam grudados como argila úmida. Dá para medir em casa: solte uma bola e divida a altura do repique pela altura de queda, o que equivale a e². Uma bola de basquete que volta a cerca de 64% da altura de queda tem e ≈ 0.8.

A assistência gravitacional de uma sonda segue exatamente estas regras sem que nada chegue a se tocar. No referencial do planeta, o sobrevoo é perfeitamente elástico (e = 1): a sonda parte com a mesma velocidade com que chegou, apenas redirecionada. Mas no referencial do Sol ela pode ganhar quase o dobro da velocidade orbital do planeta. Foi assim que a Voyager 2 ganhou cerca de 10 km/s em Júpiter — emprestados do movimento orbital do planeta, que em troca desacelerou uma quantidade totalmente desprezível.