Colisiones unidimensionales

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Colisiones Unidimensionales

Verificando la conservación de Momentum y Energía.

Resultados

En esta experiencia se ha dispuesto de un sistema de rieles, para así simular un choque de cuerpos en una sola dimensión. El riel utilizado, está equipado con un colchón de aire, con la finalidad de reducir al mínimo el roce producido entre este, y los cuerpos.

Se realizaron mediciones -mediantela VideoCom- de dos choques: Un choque elástico y un choque plástico.

Choque elástico

El montaje para la primera parte de la experiencia, consiste en dos móviles sobre el riel, ambos de igual masa, uno de ellos equipado con un resorte enfrentado hacia el otro cuerpo.

El choque elástico observado, tras ser procesado por el software de la VideoCom, generó el gráfico 1 de trayectoria, en elcual, la línea negra representa la posición del Cuerpo 1, y la línea roja, la posición del Cuerpo 2.

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Gráfico 1. Representación de la posición en función del tiempo

Adicionalmente, en la Figura 2, puede observarse el gráfico descrito por la velocidad instantánea de ambos cuerpos, antes de después del choque. En este gráfico, puede observarse la transferencia, en cierto modo, de lavelocidad, lo cual será analizado pronto, con mayor detalle.

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Gráfico 2. Velocidad en el tiempo de ambos móviles.

Observando el gráfico 2, advirtiendo el instante en que se realiza el cambio en la velocidad, se puede aproximar el tiempo de duración del choque.

Teóricamente se sabe que en los Choques Elásticos, la velocidad después de la colisión de ambos cuerpos, debe corresponderse deforma exacta con la del otro móvil antes del choque. Con esto, y a partir del gráfico, se desprende el error porcentual obtenido del montaje experimental.

El software de la VideoCom permite generar -además de los por defecto- gráficos de otras magnitudes mediante la introducción de fórmulas. Para esta experiencia se añadieron los gráficos de Fuerza (Gráfico 3), Momentum lineal (Gráfico 4) yEnergía cinética (Gráfico 5) observados durante el choque elástico.

[pic]Gráfico 3. Fuerza de los cuerpos durante el choque. El área coloreada muestra los Impulsos de los móviles.

El Gráfico 3, representa la fuerza que ejerce cada móvil durante el choque elástico por el Cuerpo 1 (negro) y el Cuerpo 2 (rojo). Asimismo, calculando el área bajo la curva de Fuerza, se obtiene el Impulso de amboscuerpos, el cual teóricamente en este caso, debiese coincidir. Gracias a esta comparación, puede establecerse el porcentaje de error obtenido.

[pic]Gráfico 4. Momentum lineal del sistema en choque elástico.

En el gráfico 4, se aprecia el Momentum Lineal de ambos cuerpos, el cual debería mantenerse constante durante toda la ejecución. Para apreciar esto con mayor facilidad, se agregó algráfico la representación de la suma de la cantidad de momentum lineal de ambos cuerpos, a manera de una línea azul. Comparando el valor antes, y después del choque se desprende el error porcentual.

[pic]Gráfico 5. Energía cinética de los móviles y el sistema, en función del tiempo

De manera análoga al anterior, se obtiene el gráfico correspondiente a la Energía Cinética durante la representación,elemento que para efectos teóricos, debe mantenerse constante antes y después de una colisión de este tipo. Se hace uso de una línea azul para representar la suma de la energía cinética en ambos móviles y verificar así, si existe variación.

Esta variación, corresponde al error obtenido en la ejecución de la colisión.

Se observa además, la existencia de un valle en la representación de lasuma de la energía cinética. Este se presenta mientras dura el choque, y corresponde a la transformación de la energía cinética del sistema, en Energía Potencial Elástica la cual se acumula en el resorte presente en la colisión. La fuerza de restitución del resorte, retorna tal energía a Energía Cinética, posteriormente.

Choque plástico

La segunda parte de la experiencia, consistió en la...
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