Colisiones 1.Objetivos General Estudio del choque de dos partículas. Aplicación de los principios de conservación de cantidad de movimiento y energía. Especifico Verificar la conservación de la cantidad de movimiento lineal en el choque bidimensional de dos partículas. Determinar si se conserva o no la energía cinética durante el choque. Determinar el coeficiente de restitución del choque. 2. Fundamento Teórico Momento lineal Momento lineal o Cantidad de movimiento, en física, es la cantidad fundamental que caracteriza el movimiento de cualquier objeto. Es el producto de la masa de un cuerpo en movimiento y de su velocidad lineal. El momento es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene magnitud, dirección y sentido. El momento lineal total de un sistema constituido por una serie de objetos es la suma vectorial de los momentos de cada objeto individual. En un sistema aislado, el momento total permanece constante a lo largo del tiempo; es lo que se llama conservación del momento lineal. Por ejemplo, cuando un jugador de tenis golpea una pelota, el momento lineal de la raqueta justo antes de
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Colisiones
1. Objetivos
General
Estudio del choque de dos partículas.
Aplicación de los principios de conservación de cantidad de movimiento y
energía.
Especifico
Verificar la conservación de la cantidad de movimiento lineal en el choque
bidimensional de dos partículas.
Determinar si se conserva o no la energía cinética durante el choque.
Determinar el coeficiente de restitución del choque.
2. Fundamento Teórico
Momento lineal
Momento lineal o Cantidad de movimiento, en física, es la cantidad fundamental que
caracteriza el movimiento de cualquier objeto. Es el producto de la masa de un cuerpo
en movimiento y de su velocidad lineal. El momento es una cantidad vectorial, lo que
significa que tiene magnitud, dirección y sentido. El momento lineal total de un
sistema constituido por una serie de objetos es la suma vectorial de los momentos de
cada objeto individual. En un sistema aislado, el momento total permanece constante
a lo largo del tiempo; es lo que se llama conservación del momento lineal. Por ejemplo,
cuando un jugador de tenis golpea una pelota, el momento lineal de la raqueta justo
antes de golpear la bola más el momento de la pelota en ese instante es igual al
momento de la raqueta inmediatamente después de golpear la bola más el momento
de la pelota golpeada. En otro ejemplo, imaginemos a un nadador que salta desde un
bote inmóvil que flota sobre el agua. Antes de saltar, el bote y el nadador no se
mueven, por lo que el momento lineal total es cero. Al saltar, el nadador adquiere
momento lineal hacia delante, y al mismo tiempo el bote se mueve hacia atrás con un
momento igual en magnitud y dirección pero sentido contrario; el momento total del
sistema formado por el nadador y el bote sigue siendo nulo.
La física actual considera la conservación del momento como una ley universal, que se
cumple incluso en situaciones extremas donde las teorías clásicas de la física no son
válidas. En particular, la conservación del momento lineal se cumple en la teoría
cuántica, que describe los fenómenos atómicos y nucleares, y en la relatividad, que se
emplea cuando los sistemas se desplazan a velocidades próximas a la de la luz.
Según la segunda ley del movimiento de Newton —llamada así en honor al astrónomo,
matemático y físico británico Isaac Newton—, la fuerza que actúa sobre un cuerpo en
movimiento debe ser igual al cambio del momento lineal por unidad de tiempo. Otra
forma de expresar la segunda ley de Newton es decir que el impulso —esto es, el
producto de la fuerza por el tiempo durante el que actúa sobre un cuerpo— equivale
al cambio del momento lineal del cuerpo.
Momento de inercia
Momento de inercia es la resistencia que un cuerpo en rotación opone al cambio de su
velocidad de giro. A veces se denomina inercia rotacional. El momento de inercia
desempeña en la rotación un papel equivalente al de la masa en el movimiento lineal.
Por ejemplo, si una catapulta lanza una piedra pequeña y una grande aplicando la
misma fuerza a cada una, la piedra pequeña se acelerará mucho más que la grande. De
modo similar, si se aplica un mismo par de fuerzas a una rueda con un momento de
inercia pequeño y a otra con un momento de inercia grande, la velocidad de giro de la
primera rueda aumentará mucho más rápidamente que la de la segunda.
El momento de inercia de un objeto depende de su masa y de la distancia de la masa al
eje de rotación. Por ejemplo, un volante de 1 kg con la mayoría de su masa cercana al
eje tendrá un momento de inercia menor que otro volante de 1 kg con la mayoría de la
masa cercana al borde exterior.
El momento de inercia de un cuerpo no es una cantidad única y fija. Si se rota el objeto
en torno a un eje distinto, en general tendrá un momento de inercia diferente, puesto
que la distribución de su masa en relación al nuevo eje es normalmente distinta.
Las leyes del movimiento de los objetos en rotación son equivalentes a las leyes del
movimiento de los objetos que se mueven linealmente (el momento de inercia
sustituye a la masa, la velocidad angular a la velocidad lineal, ...).
Energía
La magnitud denominada energía enlaza todas las ramas de la física. En el ámbito de la
mecánica, debe suministrarse energía para realizar trabajo; el trabajo se define como
el producto de la fuerza por la distancia que recorre un objeto en la dirección de la
fuerza. Cuando se ejerce una fuerza sobre un objeto pero la fuerza no hace que el
objeto se mueva, no se realiza trabajo. La energía y el trabajo se expresan en las
mismas unidades, como por ejemplo julios o ergios.
Si se realiza trabajo para elevar un objeto a una altura superior, se almacena energía
en forma de energía potencial gravitatoria. Existen muchas otras formas de energía:
energía potencial eléctrica y magnética, energía cinética, energía acumulada en
muelles estirados, gases comprimidos o enlaces moleculares, energía térmica e incluso
la propia masa. En todas las transformaciones entre un tipo de energía y otro se
conserva la energía total. Por ejemplo, si se ejerce trabajo sobre una pelota de goma
para levantarla, se aumenta su energía potencial gravitatoria. Si se deja caer la pelota,
esta energía potencial gravitatoria se convierte en energía cinética. Cuando la pelota
choca contra el suelo, se deforma y se produce fricción entre las moléculas de su
material. Esta fricción se transforma en calor o energía térmica
3. Metódica Experimental
1. Mediante la prensa fije la rampa de lanzamiento al borde de la mesa.
2. Con la cinta adhesiva, fije en el piso el pliego de papel sabana y sobre este,
coloque papel carbónico.
3. Con la ayuda de la plomada proyecte el borde de la rampa sobre el piso,
determinado de esa manera el origen “O” del sistema de coordenadas “x –
y”.
4. Realice al menos 5 lanzamientos de la esfera incidente m1. (sin la esfera
blanco m2)
5. Con la huella de los impactos y el origen “O” trace el eje “x”. Perpendicular
a este, trace el eje “y”.
6. Mida la altura total de caída H y los alcances S para la esfera m1.
7. Fije la plaqueta móvil de modo de producir un choque bidimensional. Luego
gradué la altura de la esfera m2, en el tornillo de la plaqueta de tal manera
de lograr que los centros de masa estén al mismo nivel de colisión.
8. Ensaye el choque de las esferas cuidando que sus huellas no queden fuera
del pliego del papel.
9. Realice al menos 5 impactos de m1 sobre m2. A continuación mida los
componentes S1x: S1y: S2x: S2y de ambas esferas.
10. Determine las masas de las esferas.
Montaje
Para la primera parte el montaje es el siguiente:
Para la segunda parte el montaje visto lateralmente es el siguiente:
La vista desde arriba es:
4. Datos, Cálculos y resultados
masa de la esfera incidente (esfera mayor): m1 27,5 gmasa de la esfera blanco (esfera menor): m2 18,8 g
Altura de caída: H 81.0 cm
Lanzamiento de la esfera m1 (sin esfera m2)n 1 2 3 4 5 Promedio
S(cm) 48,4 47,8 48,2 47,8 48,8 48,2
1. Con la ecuación V 1=S√ g2H
y los valores promedios de S y H, calcule la
velocidad V1 de la esfera (1) un instante antes del choque.
V 1=48.2cm√ 977,5 cms22∗81cm
V 1=118.4cms
2. Propagando la ecuación V 1=S√ g2H
, calcule el error de la velocidad V1
y exprese V1 en la forma V 1=V 1±EV 1 . Para el cálculo de errores,