guia 4

¿Cómo se demuestra el teorema de la conservación de la energía en la vida cotidiana?

l as colisiones rigen nuestra vida cotidiana y son generalmente en dos o tres dimensiones, por ejemplo cuando dos imanes interactúan, o cuando jugamos billar (colisión elástica) en dos dimensiones, o cuando se produce un choque en la ciudad, un accidente aéreo.
Todos los cuerpos que presentan un movimiento, tienen la característica de presentar un ímpetu, o momento, cuando un cuerpo se encuentra acelerado, es porque hay una fuerza externa que ha provocado una aceleración, es por ello que podemos decir que el cuerpo ha sido impulsado. El impulso corresponde a la fuerza que se aplico a un cierto cuerpo para que este se desplazase, por lo que podemos decir que el impulso es una magnitud vectorial, la cual está dada por:
I=F*∆t
El momento, ímpetu o cantidad de movimiento, es una magnitud vectorial, al igual que el impulso, está dado por:
P=∆mv
Y bien si sabemos que:
I=F*∆t
F=ma
F=m∆v/∆t
F∆t=∆mv
Entonces:
I=P1-P2
I=∆P

Objetivos:
Experimentar el ímpetu mediante una colisión inelástica
Mediante resultados experimentales probar si hay o no una conservación del ímpetu
Mediante la experimentación probar si hay o no una conservación de energía
Observar la relación que existe entre los tipos de colisiones (en este caso inelástica) y cual ley de conservación se aplica en este caso.

Conservación del momentum:
La ley de la conservación del momentum; dicha ley propone que si la resultante de las fuerzas externas que interactúan en el sistema es nula, la cantidad de movimiento se conserva.

La cantidad de movimiento antes de disparar es cero. Después de disparar, la cantidad de movimiento total sigue siendo cero porque la cantidad de movimiento del rifle es igual y opuesta a la cantidad de movimiento de la bala.

Por lo que podremos saber que:
Pi=Pf
∑(mivi)= ∑(mfvf)

Quedando como la suma de los productos de las masas por velocidades iniciales será igual al producto de las masas por las velocidades finales
Las fuerzas internas pueden producir variaciones en la cantidad de movimiento de las partículas de unsistema, pero no producen variación en la cantidad del movimiento total del mismo.

Colisiones y conservación de la energía:
Como se puede las colisiones son parte de nuestra vida cotidiana, hay dos tipos de colisiones: las elásticas y las inelásticas.
Las colisiones elásticas son aquellas en que la energía cinética total se conserva; por lo que podemos decir que tanto antes como después de la colisión la energía cinética será la misma. Durante la colisión parte de la energía cinética inicial se convierte temporalmente en energía potencial a medida que los objetos se deforman, luego de la deformación máxima viene otra etapa donde los objetos regresan a su forma original y el sistema tiene la misma cantidad de energía cinética que al principio de la colisión. También este tipo de colisiones se caracterizan por no generar calor.

a.- Una bola en movimiento golpea una bola en reposo.
b.- Colisión frontal entre dos bolas en movimiento.
c.-Colisión de dos bolas que se desplazan en la misma dirección.

• En todos los casos la cantidad de movimiento se transfiere o se redistribuye simplemente sin perdida ni ganancia.

Las colisiones inelásticas por otra parte tienen la peculiaridad e que la energía cinética no se conserva, los objetos que se deforman no vuelven a su forma original, este tipo de colisiones comprenden fuerzas no conservativas como la fricción y a la hora re chocar generan calor. Un tipo muy usual de estas colisiones es el acoplamiento de los objetos, por ejemplo cuando dos coches chocan o cuando se unen dos vagones la cantidad de movimiento de distribuye entre la cantidad de masa total, por lo que se demuestra que se pierde ímpetu (en este ejemplo).
Aunque la energía cinética no se conserve el momentum si se puede conservar.
El vagón de carga de izquierda comparte su cantidad de movimiento con el vagón de carga de la derecha.
Para Descartes, la cantidad de movimiento estaba relacionada con el producto de la materia y la rapidez, pero su idea de la esencia de la materia no era la masa, sino el volumen. Newton toma y redefine tal noción, definiendo cantidad de movimiento, o momento lineal como empezó a conocerse; como el producto de la masa y la velocidad. Esto es el ímpetu de Buridan reinterpretado físicamente y muy parecido al momento de Galileo ( peso por velocidad).
La tercera ley de Newton conduce directamente al principio fundamental de la conservación del momento lineal; esta ley nos dice que si se quiere cambiar la cantidad de movimiento de un cuerpo se tiene que ejercer un impulso sobre él.
La cantidad de movimiento antes y después debe de ser igual para que se cumpla la ley.

2. Desarrollo experimental

En esta práctica simplemente se utilizo una pistolita lanza dardos con un dardo, plastilina e hilos péndulos de un riel que corre por el techo. Lo que se hizo primero fue pesar el dardo y el péndulo, el cual constaba de una masa de plastilina, posteriormente se ató al riel ubicado en el techo mediante cuatro hilos que sostenían a la plastilina de los 4 vértices superiores (nuestro péndulo era cuadrado). Finalmente se disparó un dardo con el objetivo de que se cumpliese una colisión inelástica.
Se tomó la medida de la longitud recorrida por un hilo tenso que se encontraba por la parte dorsal de la plasta, de forma que quedase marcado la longitud recorrida. Para hacer esto se trató de evitar la fricción, por lo que podemos decir que esta fue nula.
Con las fórmulas que especificamos en los resultados pudimos obtener todos los datos del problema, y resolver finalmente los dos principales objetivos de la práctica.