CHOQUE ELÁSTICO ENTRE DOS CUERPOS Experiencia N°10
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE
SAN MARCOS Universidad del Perú, Decana de América
CHOQUE ELÁSTICO ENTRE DOS CUERPOS EXPERIENCIA N°10
TURNO
: (8am-10am)
FACULTAD
: ING. ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA
INTEGRANTES : ---------------------------------------------
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19 DE NOVIEMBRE DE2013 Laboratorio Física I | FIEE 2013-II
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OBJETIVOS Verificar el principio de conservación de la cantidad de movimiento de un sistema.
I.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
El ímpetu o momentum lineal o cantidad de momento ⃗ se define como el producto de la masa
de la partícula por su velocidad ⃗ : ⃗⃗⃗⃗
⃗⃗⃗⃗
(10.1)
m1
m1
m2
m2
Fig. 10.1
Para un sistema de
partículas, la cantidad de movimiento es la suma
vectorial de los ímpetus individuales, la cual se mantiene constante en ausencia de una fuerza externa neta sobre él. Laboratorio Física I | FIEE 2013-II
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Tipos de Choques: 1.
Choque Elástico (=1):
Un choque elástico es aquél en que las fuerzas internas no hacen trabajo. Las energías cinéticas iniciales del sistema son iguales a las energías cinéticas finales de las mismas.
2.
Choque Inelástico (0<<1):
En un choque inelástico las fuerzas internas hacen trabajo, por lo que la energía cinética del sistema ya no permanece constante, aunque el momento lineal sigue conservándose. Si el trabajo de las fuerzas internas es negativo, la energía cinética del sistema disminuirá durante la colisión.
3.
Choque perfectamente inelástico o plástico (=0):
Es cuando dos cuerpos quedan unidos después de la colisión y se mueven juntos; se conserva la cantidad de movimiento, pero la energía cinética final es menor que la energía cinética inicial.
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COEFICIENTE DE RESTITUCIÓN (): Es un factor adimensional que nos permite comparar el impulso de recuperación con respecto al de deformación y de esta manera caracterizar el grado de recuperación después del choque y precisar el tipo de choque que sucedió.
II. MATERIALES VISTOS EN CLASE Rampa Acanalada
Plomadas
Balanza
Hojas de papel carbón
Hojas de papel blanco Prensas
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III. PROCEDIMIENTO 1.
Coloque el equipo de manera análoga al de la experiencia movimiento de un proyectil.
2.
Coloque la rampa acanalada a una altura H de la mesa. Mida con la regla.
3.
Coloque en el tablero la hoja de papel carbón sobre la hoja de papel blanco.
4.
Sobre la rampa acanalada escoja un punto, tal como T en su parte superior. Este será el punto de partida para todos los próximos lanzamientos.
Fig. 10.3
5.
Suelte la primera bola, tal que se deslice sobre la regla acanalada. El impacto de este dejara una marca sobre el papel blanco. Repita el paso 5 veces.
6.
De acuerdo a la experiencia de movimiento de un proyectil, calcule la velocidad de la bola, esta será la velocidad de la primera ola antes del choque. Laboratorio Física I | FIEE 2013-II
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7.
Ahora ajuste el tornillo de soporte tal que en el momento del que la bola 1 y la bola 2 estén en el mismo nivel.
8.
Al impactar las bolas en el papel dejaran sobre el:
y
. Ver la Fig.
10.4. Las proyecciones de las posiciones iniciales de las bolas sobre el tablero (suelo), instantes antes de chocar, corresponden a los puntos y
9.
. Estos puntos se pueden conocer con ayuda de la plomada.
Coloque la bola 2 sobre el tornillo de soporte como se indica en la Fig. 10.5. Así se obtendrá un choque rasante.
Fig. 10.3
Fig. 10.4
10. Mida con el calibrador Vernier el diámetro de cada bola después mida con la balanza las masas
y
y
,
de cada una de ellas.
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11. Suelte la bola 1 desde el punto , observe el choque, repita este paso 5 veces. Determine el valor promedio de las velocidades de ambas bolas después del choque. Considere el radio
12. Mida los alcances o distancias respectivas velocidades
y
y
de cada bola.
de amabas bolas y calcule sus
. Estas son las velocidades después del
choque.
13. Repita los paso (11) y (12) para los ángulos de impacto diferente.
14. Tabule sus resultados en la Tabla 1.
Fig. 10.5
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TABLA 1
8.3
8.3
0.97 0.97
50
31.4
98.297
25.96 24.9
77.949
49.60 16.15
50.557
8.3
8.3
0.97 0.97
50
33.2 103.932 26.57 25.6
80.141
51.47
14.7
46.018
8.3
8.3
0.97 0.97
50
32.6 102.054 27.39 26.3
82.332
49.51
14.2
44.453
8.3
8.3
0.97 0.97
50
33.2
25.96 24.9
77.949
49.60 16.15
50.557
8.3
8.3
0.97 0.97
50
32.6 103.932 26.57 25.6
80.141
51.47
46.018
98.297
14.7
TABLA 2 ̅
̅
̅
̅
̅
̅
̅
8.3 ±0.0 5g
8.3 ±0.0 5g
0.97 ±0.05 mm
0.97 ±0.05 mm
50 ±0.5 mm
31.4 ±0.5 mm
101.30 ±0.025
̅
̅
̅
26.4 9 ±0. 05°
25.4 6 ±0.5 mm
79.7 0 ±0.0 25
̅
̅
50.3 3 ±0. 05°
15.1 8 ±0.5 mm
̅
47.52 ±0.025
Como se sabe: Antes del impacto: √
(10.2)
Después del impacto: √ ,
√
(10.3)
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IV. CUESTIONARIO 1. Dibuje el vector cantidad de movimiento antes del choque y los vectores cantidad de movimiento de ambas bolas después del choque.
⃗⃗⃗⃗ 𝑝
𝑚 ⃗⃗⃗⃗ 𝑝
𝑚 𝑣 ⃗⃗⃗⃗
⃗⃗⃗⃗ 𝑣
𝑚
⃗⃗⃗⃗ 𝑣
0 ⃗⃗⃗⃗ 𝑝
𝑚 𝑣 ⃗⃗⃗⃗
2. De acuerdo a lo realizado en la experiencia, ¿puede usted considerar que el choque ha sido elástico?
0
0 0 0
0
Por lo tanto se puede decir que el Choque es Inelástico. 9
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3. ¿Cómo es la energía del sistema antes y después del choque? Energía antes del choque: 0
0 00
0
0 00 00
0
0
00 0
0
0
00 0
00 0
0
00 0
00 Energía después del choque: 0
0 0
0 00
0
0
0 00 0
0 00
0 00 0
0 00
4. ¿Podría calcular teóricamente las posiciones
y
?
Si se podría calcular las posiciones siempre en cuando se sabe cuáles son las velocidades finales después de la colisión.
También sería posible conocer las velocidades finales después de la colisión sabiendo el coeficiente de restitución y las velocidades iniciales.
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5. ¿Puede usted afirmar que sus resultados experimentales comprueban la ley de conservación de la cantidad de movimiento?
No, porque la cantidad de movimiento de un sistema durante un choque varía, debido que las fuerzas externas al sistema es diferente de cero.
6. ¿Cómo influye la fuerza de gravedad en esta experiencia?
Debido a que la fuerza de gravedad es considerada como una fuerza conservativa, esta fuerza interna realizara en el caso del experimento trabajo lo cual la energía del sistema no se conservará.
7. ¿Cuáles cree usted que han sido las posibles fuentes de error en el experimento? Dé soluciones.
Algunos de los errores; es el error aleatorio, error paralaje, errores de cálculo, error de lectura mínima.
Para poder corregir estos errores la persona quien va a tomar las medidas debe colocarse en una posición en la cual este cómodo para poder realizar las medidas.
Debido a que la expresión numérica de la medida está entre dos marcas de la escala para poderlo corregir se toma la mitad de la lectura mínima del instrumento. 11
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El error de cálculo se podrá corregir si hay por lo menos dos personas que estén realizando los cálculos de los datos donde uno comprobara los datos obtenidos de la otra persona.
8. ¿Qué tipo de dificultades ha encontrado a realizar esta experiencia? Descríbalas.
Medir algunos ángulos debidos que eran demasiado pequeños.
V.
CONCLUSIÓN: Se puede afirmar que la cantidad de movimiento de un sistema durante un choque no varía, pero si varía la cantidad de movimiento de cada uno de los objetos componentes del sistema debido a los impulsos internos que se dan en el proceso de choque, siempre en cuando las fuerzas externas son nulas. Se ha llegado a la conclusión, que en un choque o colisión, no necesariamente las partículas iniciales son las mismas que las finales. Por ejemplo, en un choque entre una bala y una madera, el resultado puede ser el sistema bala-madera, es decir la bala puede quedar incrustado en la madera, en el cual las velocidades serán las mismas. Si durante el choque los cuerpos se deforman como perfectamente elásticos, las fuerzas de choque son potenciales y en el sistema se cumple la ley de conservación de la energía mecánica. Que la energía no siempre se conserva en los choques, por ejemplo en los choques inelásticos, hay pérdida de energía en forma de 12
calor. Que la cantidad de movimiento en los choques se conserva Laboratorio Física I | FIEE 2013-II
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VI.
BIBLIOGRAFÍA
Manual de Laboratorio Física I, UNMSM, Lima NAVARRO, F. TAYPE 1998 Física Volumen 2 , Lima, Editorial Gomez S.A. SABRERA ALVARADO, Régulo; PEREZ TERREL, Walter 1992
Física 1, Lima, W.H.Editores S.R.Ltda.
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