1 Facultad De Ciencias UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad De Ciencias
LABORATORIO N°5 CHOQUES EN DOS DIMENSIONES
INTEGRANTES: RIOS LUNA NESTOR ADRIAN 20160389H
PROFESOR:
2 Facultad De Ciencias INDICE
1.-INDICE…………………………………………………………………. 2.-RESUMEN……………………………………………………………... 3.-AGRADECIMIENTO………………………………………………….. 4.-INTRODUCCION……………………………………………………… 5.-JUSTIFICACION………………………………………………………. 6.-IMPORTANCIA DEL EXPERIMENTO……………………………… 7.-OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO…………………………………. 8.-FUNDAMENTO TEORICO…………………………………………... 9.-EQUIPOS UTILIZADOS……………………………………………… 10.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL…………………………….. 11.-CALCULOS, RESULTADOS Y GRAFICAS………………………. 12.-CUESTIONARIO…………………………………………………….. 13.-OBSERVACIONES………………………………………………….. 14.-SUGERENCIAS……………………………………………………… 15.-CONCLUSIONES……………………………………………………. 16.-BIBLIOGRAFIA……………………………………………………….. 17.-ANEXO………………………………………………………………...
3 Facultad De Ciencias INDICE
1.-INDICE…………………………………………………………………. 2.-RESUMEN……………………………………………………………... 3.-AGRADECIMIENTO………………………………………………….. 4.-INTRODUCCION……………………………………………………… 5.-JUSTIFICACION………………………………………………………. 6.-IMPORTANCIA DEL EXPERIMENTO……………………………… 7.-OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO…………………………………. 8.-FUNDAMENTO TEORICO…………………………………………... 9.-EQUIPOS UTILIZADOS……………………………………………… 10.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL…………………………….. 11.-CALCULOS, RESULTADOS Y GRAFICAS………………………. 12.-CUESTIONARIO…………………………………………………….. 13.-OBSERVACIONES………………………………………………….. 14.-SUGERENCIAS……………………………………………………… 15.-CONCLUSIONES……………………………………………………. 16.-BIBLIOGRAFIA……………………………………………………….. 17.-ANEXO………………………………………………………………...
4 Facultad De Ciencias RESUMEN En la práctica de colisiones se determinó la conservación del momento y la energía mecánica en dos tipos de colisiones, elásticas e inelásticas. Para ello se utilizó un riel con sistema de aire teniendo en cuenta que esto se hace para que no halla fricción entre las masas se tomaron diferentes tiempos manteniendo una distancia entre las masas los dos objetos de masas 213,4g y 200g se hacían colisionar varias veces después a cada masa se le aumentaría una por una su peso esto para hacer cada colisión ya sea elástica o inelástica
AGRADECIMIENTO Se les agradece a las personas de la biblioteca central por la gentileza de aprobar los préstamos de libros a los miembros de este equipo.
INTRODUCCION Cuando dos o más cuerpos se aproximan entre sí, entre ellos actúan fuerzas internas que hacen que su momento lineal y su energía varíen, produciéndose un intercambio entre ellos de ambas magnitudes. En este caso se dice que entre los cuerpos se ha producido una colisión o choque. Es preciso recalcar que, para que se produzca una colisión, no es necesario que los cuerpos hayan estado físicamente en contacto en un sentido microscópico basta que se aproximen lo sufiscientemente como para que haya habido interacción entre ellos. La característica fundamental de una colisión es que las fuerzas que determinan lo que ocurre durante la misma son únicamente fuerzas internas de interacción entre los distintos cuerpos que colisionan Con el fin de hallar la conservación del momento y la energía mecánica se harán un tratamiento matemático y estadístico
5 Facultad De Ciencias a los datos tomados el laboratorio, de esta forma podremos encontrar si se conservan o no, y adicionalmente encontraremos la velocidad final en cada uno de los dos tipos de colisiones.
JUSTIFICACION Debido a que por razones que a simple vista no se pueden visualizar o entender cuando un cuerpo choca con una pared y cambia su dirección. Por lo general se conserva la energía pero no solo eso ocurre sino también el cambio de movimiento y la deformación del cuerpo, decimos estudiar este tema más a fondo y poder así demostrar experimentalmente que también se conserva cantidad de movimiento.
IMPORTANCIA DEL EXPERIMENTO
El trabajo práctico en el laboratorio proporciona al alumno la experimentación y el descubrimiento personal y evita el concepto de "resultado correcto" que se tiene cuando el alumno aprende sólo los datos de un libro en el que cree ciegamente y no tiene oportunidad de aprender directamente de los experimentos.
6 Facultad De Ciencias OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO Comprobar experimentalmente el Principio de Conservación del momento lineal. Determinar la energía de un sistema antes y después de un choque entre dos cuerpos. Comprobar la validez de la Tercera Ley de Newton.
FUNDAMENTO TEORICO CHOQUE Un choque físico o mecánico es una repentina aceleración o desaceleración causada, por ejemplo, por impacto, por una gota de agua, por una explosión, o cualquier tipo de contacto directo es en realidad un choque, pero lo que lo caracteriza es la duración del contacto que generalmente es muy corta y es cuando se transmite la mayor cantidad de energía entre los cuerpos. También puede definirse como una excitación física. Un choque suele medirse con un acelerómetro. Esto describe un choque de pulso, como una parcela de aceleración en función del tiempo. La aceleración se puede tomar en unidades de metro por segundo al cuadrado. A menudo, por conveniencia, la magnitud de un choque se afirma como un múltiplo de la aceleración normal debido a la caída libre sobre la Tierra (gravedad), una cantidad con el símbolo g con un valor 9,80665 m.s-2. Así, un choque de "20g" es equivalente a unos 196 m/s2. Un choque puede ser caracterizado por la aceleración máxima, la duración y la forma del pulso de choque (la mitad seno, triangular, etc.) COLISIONES En una colisión intervienen dos objetos que se ejercen fuerzas mutuamente. Cuando los objetos se encuentran cerca, interaccionan fuertemente durante un intervalo breve de tiempo. La fuerzas de éste tipo reciben el nombre de fuerzas impulsivas y se caracteriza por su acción muy intensa y su brevedad. Por esta razón al exteriores que actúan sobre el sistema de partículas, como colisión de dos carros que lleven montados unos parachoques magnéticos. Estos
7 Facultad De Ciencias interaccionarán incluso sin llegar a tocarse. Esto sería lo que se considera colisión sin choque. En todas las consecuencias de que las fuerzas que se ejercen mutuamente son iguales y de sentido contrario, la cantidad de movimiento o momento lineal, un instante después aislado, como ya se había dicho, el momento lineal se conserva. De hecho, según la segunda ley de Newton la fuerza es igual a la variación del momento lineal con respecto al tiempo. Si la fuerza resultante es cero, el momento lineal constante. Ésta es una ley general de la Física y se cumplirá ya sea el choque elástico o inelástico. En el caso de un choque ⃗p=∑ mi ⃗v i=cte i=1
Esto supone, en el caso especial del choque, que el momento lineal antes de la interacción será igual al momento lineal ⃗p posterior al choque. Para caracterizar la elasticidad de un choque entre dos masas se define un coeficiente de restitución como: e=
−V 2 f −V 1 f V 2 i−V 1 i
Este coeficiente variará entre 0 y 1, siendo 1 el valor para un choque totalmente elástico y 0 el valor para uno totalmente inelástico. CHOQUE ELÁSTICO En física, se denomina choque elástico a una colisión entre dos o más cuerpos en la que éstos no sufren deformaciones permanentes durante el impacto. En una colisión elástica se conservan tanto el momento lineal como la energía cinética del sistema, y no hay intercambio de masa entre los cuerpos, que se separan después del choque. Las colisiones en las que le energía no se conserva producen deformaciones permanentes de los cuerpos y se denominan inelásticas. CHOQUE PERFECTAMENTE ELÁSTICO En mecánica se hace referencia a un choque perfectamente elástico cuando en él se conserva la energía cinética del sistema formado por las dos masas que chocan entre sí.
8 Facultad De Ciencias Para el caso particular que ambas masas sean iguales, se desplacen según la misma recta y que la masa chocada se encuentre inicialmente en reposo, la energía se transferirá por completo desde la primera a la segunda, que pasa del estado de reposo al estado que tenía la masa que la chocó. En otros casos se dan situaciones intermedias en lo referido a las velocidades de ambas masas, aunque siempre se conserva la energía cinética del sistema. Esto es consecuencia de que el término "elástico" hace referencia a que no se consume energía en deformaciones plásticas, calor u otras formas. Los choques perfectamente elásticos son idealizaciones útiles en ciertas circunstancias, como el estudio del movimiento de las bolas de billar, aunque en ese caso la situación es más compleja dado que la energía cinética tiene una componente por el movimiento de traslación y otra por el movimiento de rotación de la bola.
CHOQUE INELÁSTICO
Un choque inelástico 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. La principal característica de este tipo de choque es que existe una disipación de energía, ya que tanto el trabajo realizado durante la deformación de los cuerpos como el aumento de su energía interna se obtiene a costa de la energía cinética de los mismos antes del choque. En cualquier caso, aunque no se conserve la energía cinética, sí se conserva el momento lineal total del sistema. CHOQUE PERFECTAMENTE INELÁSTICO De un choque se dice que es "perfectamente inelástico" (o "totalmente inelástico") cuando disipa toda la energía cinética disponible, es decir, cuando el coeficiente
9 Facultad De Ciencias de restitución ε vale cero. En tal caso, los cuerpos permanecen unidos tras el choque, moviéndose solidariamente (con la misma velocidad). La energía cinética disponible corresponde a la que poseen los cuerpos respecto al sistema de referencia de su centro de masas. Antes de la colisión, la mayor parte de esta energía corresponde al objeto de menor masa. Tras la colisión, los objetos permanecen en reposo respecto al centro de masas del sistema de partículas. La disminución de energía se corresponde con un aumento en otra(s) forma(s) de energía, de tal forma que el primer principio de la termodinámica se cumple en todo caso.
CHOQUE PERFECTAMENTE INELÁSTICO (PLÁSTICO) EN UNA DIMENSIÓN En una dimensión, si llamamos v1,i y v2,i a las velocidades iniciales de las partículas de masas m1 y m2, respectivamente, entonces por la conservación del momento lineal tenemos:
m1 v 1,i+ m2 v 2,i =(m1 +m2)v f y por tanto la velocidad final vf del conjunto es: v f=
m1 v 1,i+ m2 v 2,i m1+ m2
Para el caso general de una colisión perfectamente inelástica en dos o tres dimensiones, la fórmula anterior sigue siendo válida para cada una de las componentes del vector velocidad.
10 Facultad De Ciencias
EQUIPOS UTILIZADOS
UN NIVEL
UN CRONÓMETRO DIGITAL
11 Facultad De Ciencias UN CHISPERO Y SU FUENTE DE PODER
PAPEL A3 Y TRES HOJAS DE PAPEL BOND DEL MISMO TAMAÑO
12 Facultad De Ciencias UNA REGLA DE 60CM
UN TABLERO DE MADERA CON SUPERFICIE DE VIDRIO Y CONEXIONES PARA CIRCULACION DE AIRE COMPRIMIDO
13 Facultad De Ciencias DOS DE ESTOS DISCOS DE 1Kg APROX.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
14 Facultad De Ciencias 1°PASO: ARME EL EQUIPO DE ACUERDO ALA FIGURA DADA
3°PASO:DETER MINE LA MASA DE CADA UNO DE LOS DISCOS CON LA AYUDA DE UNA BALANZA E IDENTIFIQUEL OS .
2°PASO:NIVELE LA PLANCHA DE VIDRIO CON AYUDA DEL NIVEL DE BURBUJA Y LOS TORNILLOS DE NIVELACION QUE ESTAN EN LOS BORDES DEL TABLERO . 4°PASO:USANDO EL CRONOMETRO DIGITAL VERIFIQUE EL TIEMPO QUE TRANSCURRE ENTRE DOS MARCAS DEL CHISPERO.PARA ELLO,SOBRE UNA HOJA EN BLANCO DESPLACE EL DISCO(CONECTADO AL CHISPERO) DURANTE UNOS 10 Ó 15 SEGUNDOS, EN UNA TRAYECTORIA QUE NO SE CRUCE A SI MISMA .
CHOQUE (A): Los dos discos están en movimiento respecto al laboratorio
5 ° PA S O :U N E S T U D IA N T E P O N D R A E N O P E R A C IO N E L C H IS P E R O , U N IN S TA N T E D E S P U E S S U C O M PA Ñ E R O IM P U L S A R A L O S D O S D IS C O S D E TA L M A N E R A Q U E S E P R O D U Z C A U N A C O L IS IO N Y F IN A L M E N T E E L P R IM E R E S T U D IA N T E A PA G A R A E L F IN A L M E N T E E L P R IM E R E S T U D IA N T E A PA G A R A E L C H IS P E R O . L A T R AY E C T O R IA D E L O S D IS C O S A N T E S Y DESPUES DEL CHOQU E QUEDARA GRABADA COM O SE M U E S T R A E N L A F IG U R A D A D A .
15 Facultad De Ciencias CHOQUE (B): Masas iguales y una en reposo respecto al sistema fijo al laboratorio.
6°PASO: UN ESTUDIANTE OPERARA EL CHISPERO Y EL OTRO LOS DISCOS. EL DISCO DE MASA M2 PERMANECERA EN REPOSO(V2i =0) Y EL DISCO DE MASA M1 SERA LANZADO PARA PRODUCIR LA COLISION.
CALCULOS, RESULTADOS Y GRAFICAS CUESTIONARIO
OBSERVACIONES El desgaste físico de los materiales empleados, como los discos que ya no se pueden considerar ideales. Debido a la resistencia del aire y la fricción no se llegó a cumplir el teorema de conservación de movimiento.. Por más notoria que parezca la presión que ejerce el aire no se elimina toda la fricción de la superficie.
16 Facultad De Ciencias Se puede observar que la cantidad de movimiento del sistema se mantiene constante. La energía potencial al inicio es mayor que la energía cinética, debido a que en ese punto el disco presenta una velocidad mínima los resortes ya muestran una deformación, haciendo que el sistema tenga una energía cinética baja en comparación con la energía potencial elástica. La energía potencial elástica en todo momento es diferente de cero, ya que durante todo el recorrido del disco los resortes presentan deformación.
SUGERENCIAS
Tener cuidado al manipular el disco pues podría liberarse de los resortes, causando daños colaterales. Procurar calcular con la mayor exactitud posible en la hora de calcular las constantes de elasticidad, ya que nos alejaríamos de la precisión al momento de usar esos cálculos en otros experimentos.
Tratar de nivelar con la máxima precisión posible, la plataforma del
chispero, pues de este se basará para la obtención de todos los datos experimentales Tratar de usar la mejor curva realizada por los discos, pues nos darán mejores resultados al momento de calcular lo que nos pida el cuetionario. Antes de calcular cualquier ecuación se debe repasar el tema de derivadas e integrales pues en este experimento se tocará los temas de integración.
CONCLUSIONES La conservación del movimiento lineal sale con cierto error ya que los instrumentos utilizados no son muy precisos, así como el error humano.
17 Facultad De Ciencias En un sistema real el choque no es perfectamente elástico, ya que la energía se disipa en el ambiente. La distancia recorrida por las bola dependen de la altura en la que se suelta la bola incidente, debido a la velocidad mayor con la que esta golpea.
BIBLIOGRAFIA Tipler-Mosca, 5ª Ed. 2005.; Ed. Reverté; Vol. IA. Guión de prácticas del Laboratorio de Mecánica y Ondas, 2º de Física, UVEG
ANEXO
