Choques unidimensionales

Laboratorio de física II

Laboratorio de Física General II

Informe de Laboratorio N°7 CHOQUES UNIDIMENSIONALES

Semana 07

2014 1


INTRODUCCION En este laboratorio estudiaremos los choques unidimensionales (elásticos e inelásticos) y analizaremos la relación que existe entre la cantidad de movimiento y el impulso. También, calcularemos el impulso sobre un móvil por distintos métodos y analizaremos el porqué del error existente entre ambos resultados. 1. OBJETIVOS - Comprobar las relaciones dinámicas en choques elásticos de cuerpos físicos. - Realizar cálculos para medir el cambio de momento durante la colisión y la integral de la fuerza sobre el intervalo de tiempo que dura el choque. 2. MATERIALES - Computadora con programa Logger Pro instalado. - Interfase Vernier. - Sensor de fuerza (Dinamómetro). - Sensor de movimiento. - Móvil Vernier. - Carril.

3. FUNDAMENTO TEORICO Choques Unidimensionales: Definición: Se produce un choque entre dos cuerpos cuando uno de ellos encuentra en su trayectoria a otro y produciéndose contacto físico. Al producirse el choque también se producen deformaciones en ambos cuerpos, estás pueden desaparecerse de inmediato o perdurar. Si las deformaciones desaparecen rápidamente significa que se ha producido un choque elástico, por el contario, si permanecen se ha producido u choque inelástico o plástico. Choques elásticos: En general, ambas partículas pueden tener velocidades iniciales. No obstante, siempre se puede encontrar un sistema inercial en el que una de ellas está quieta inicialmente (principio de relatividad de Galileo: todos los sistemas inerciales son equivalentes). Por otro lado, en muchos casos ese

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sistema es el sistema laboratorio el caso de reacciones nucleares el blanco está fijo).

Choques inelástico: Este es un tipo de choque en el que la energía cinética no se conserva. Como consecuencia, los cuerpos que colisionan pueden sufrir deformaciones y aumento de su temperatura. En el caso ideal de un choque perfectamente inelástico entre objetos macroscópicos, éstos permanecen unidos entre sí tras la colisión. El marco de referencia del centro de masas permite presentar una definición más precisa.

Impulsos: El impulso es el momento lineal o cantidad de movimiento como medida de la capacidad de un cuerpo de actuar sobre otros en choques (movimientos unidimensionales).Comprender la relación entre impulso (de una fuerza constante) y momento lineal, así como el principio de conservación del momento lineal de un sistema en ausencia de impulso

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externo. Esto se da en la noción de choque elástico e inelástico. Aplicar la conservación del momento lineal al cálculo de velocidades o masas de partículas que chocan entre sí en choques elásticos e inelásticos unidimensionales. Conservación de la cantidad de movimiento: Si con un cuerpo de masa m1 y velocidad v1 se aplica una fuerza a otro cuerpo de masa m2 y velocidad v2 en ese instante es aplicable el principio de acción y reacción y tenemos que: m1.v1 = m2.v2 Es decir que la masa y la velocidad, debe de ser igual a la masa de la velocidad que este adquiere. Según la cantidad de movimiento, en cualquier sistema o grupo de cuerpos que interactúen, la cantidad de movimiento total, antes de las acciones, es igual a la cantidad de movimiento total luego de las acciones.

Si se integra respecto al tiempo.

A lo que llamamos impulso es ese valor de la integral de la fuerza en el tiempo:

4. PROCEDIMENTO 4.1 Cantidad de movimiento del móvil En este experimento calcularemos la cantidad de movimiento de un móvil a través de un carril. Para la realización de este experimento necesitaremos un sensor de movimiento, un sensor de fuerza, un móvil y el programa Logger Pro para la toma y almacenamiento de datos.

Para este experimento se tendrá que realizar el siguiente montaje.

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Primer montaje. Con los datos obtenidos se completara la siguiente tabla. TABLA 1. Masa del móvil (Kg) Medición Velocidad antes del choque (m/s) Velocidad después del choque (m/s) Cantidad de movimiento antes del choque (kg.m/s)

0,5 1 0,43

2 0,44

Error % 3 4 0,29 0,29

6.67,% 5 Prom. 0,11 0,312

-0,33

-0,34

-0,23

-0,24

-0,1

-0,248

0,215

0,22

0,145

0,145

0,055

0,156

Cantidad de movimiento después del choque ( kg.m/s) Variación de la cantidad de movimiento (kg.m/s)

-0,165

-0,17

-0,115

-0,12

-0,05

-0,124

-0,380

-0,39

-0,260

-0,265

-0,105

-0,28

Impulso por integración (kg.m/s)

-0,41

-0,40

-0,29

-0,28

-0,12

-0,3

4.1.1. ¿Cómo se relaciona la cantidad de movimiento con el impulso? El impulso y la cantidad de movimiento se relacionan mediante la siguiente ecuación: I=Δρ Impulso es igual a la variación de la cantidad de movimiento.

4.1.2. ¿Se observó la cantidad de movimiento en todos tus ensayos? Si, ya que ρ=m*v y en todos los ensayos el bloque estuvo en movimiento y gracias a la variación de la cantidad de movimiento obtuvimos el impulso. 5


4.1.3. ¿Qué razones podrán causar una diferencia entre el cambio de la cantidad de movimiento y el impulso medidos? , explique su respuesta. Para que cumpla la relación entre la cantidad de movimiento y el impulso, no deben de existir fuerzas externas al sistema, como por ejemplo el rozamiento o la resistencia del aire.

4.2 Cantidad de movimiento con masa adicional

Masa del móvil (Kg) Medición Velocidad antes del choque (m/s) Velocidad después del choque (m/s) Cantidad de movimiento antes del choque (kg.m/s) Cantidad de movimiento después del choque ( kg.m/s) Variación de la cantidad de movimiento (kg.m/s) Impulso por integración (kg.m/s)

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Error %

4,612%

1 0,1726

2 0,2133

3 0,31

4 0,2138

5 0,2476

Prom. 0,23208

-0,116

-0,137

-0,267

-0,155

-0,203

-0,1754

0,1726

0,2133

0,31

0,2138

0,2476

0,23208

-0,116

-0,137

-0,267

-0,155

-0,203

-0,1754

-0,289

-0,35

-0,58

-0,368

-0,45

-0,4075

-0,304

-0,356

-0,62

-0,396

-0,46

-0,4272

4.2.1. ¿Hay algún cambio sustancial con respecto al anterior ensayo? Muestre la variación del error porcentual. El móvil se mueve con menor velocidad, reduce su velocidad en un 19,6%

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La cantidad de movimiento aumenta en un 66,4% debido al aumento de masa del móvil, a pesar de que su velocidad se redujo. 4.2.2. ¿Cómo pueden presentarse los resultados para demostrar la conservación de la cantidad de movimiento? La conservación se demostraría al comparar la cantidad de movimiento inicial y la cantidad de movimiento inicial, teóricamente tendrían que ser iguales. Pero en los experimentos se obtuvo una variación debido a que existieron factores externos que alteraron los resultados. 4.2.3. ¿Las fuerzas de rozamiento juegan un papel importante en esta experiencia? Justifique su respuesta. Si, ya que al ser fuerzas externas al sistema móvil-sensor generan un porcentaje de error entre el 26% y 32%

5. OBSERVACIONES - EL impulso fue negativo ya que el móvil cambio de dirección después del choque. - Al ver la diferencia entre velocidades iniciales y finales notamos que la cantidad de movimiento no se conservó. - Al existir rozamiento entre el móvil y el carril el experimento no fue del todo correcto debido a ese error. - La cantidad de movimiento negativa nos indica que el móvil después del choque cambio de dirección. - La masa adicional sobre el móvil tenía que estar bien colocada, de lo contrario generaría una inestabilidad que sacaría al móvil del carril.

6. CONCLUSIONES - En este laboratorio logramos comprobar la relación entre la variación de la cantidad de movimiento y el impulso. - EL impulso por integración nos da un resultado más preciso que el de la variación de cantidad de movimiento. - La cantidad de movimiento en un sistema se conserva, si es que no interviene ninguna fuerza externa.

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- La cantidad de movimiento del sistema es 0, por eso la cantidad de movimiento inicial y la final tienen que tener signos contrarios para que al sumarlas se anulen.

7. BIBLIOGRAFIA - Física volumen 2.- Resnick-Halliday-Krane (5ta Edición). - Física tema 2 Serway (4ta Edición).

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