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Objetivo

Estudiaremos la conservación de energía y cantidad de movimiento en un choque entre 2 partículas sobre un mismo eje, en el cual una de las partículas se halla en reposo y se encuentran a una cierta altura del piso y la otra parte del reposo desde una rampa.

Introducción teórica

Choque

Un choque físico o mecánico es una repentina aceleración o desaceleración causada, porejemplo, por impacto, por una explosión, o cualquier tipo de contacto directo. Se caracteriza por la duración del contacto que generalmente es muy corta y es cuando se transmite la mayor cantidad de energía entre los cuerpos.

En una colisión intervienen dos objetos que se ejercen fuerzas mutuamente. Cuando los objetos se encuentran cerca, interactúan fuertemente durante un intervalo breve detiempo.

Las fuerzas que se ejercen mutuamente son iguales y de sentido contrario, y como el intervalo de tiempo tiende a cero, las fuerzas exteriores que pueden afectar al sistema se consideran nulas. Por ello, el sistema se encuentra aislado y la cantidad de movimiento se conserva. De hecho, la suma de fuerzas es igual a la variación de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo. Si lafuerza 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.

[pic]

Existen dos Tipos de choque: los elásticos y los inelásticos:

Choques elásticos

Se denomina choque elástico a un choque entre dos o más cuerpos en la que éstos no sufren deformaciones permanentes durante el impacto. En una colisiónelástica 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.

Choques Inelásticos
Un choque inelástico es un tipo de choque en el que la energía cinética no se conserva. La energía antes de chocar es:

       E0 = ½ m1 v01² + ½ m2 v02²
Y después de chocar:

       EF = ½ m1 vF1² + ½ m2 vF2²Choque perfectamente inelástico

Un choque se dice que es perfectamente inelástico (o plástico) cuando disipa toda la energía cinética disponible, es decir, cuando el coeficiente de restitución vale cero. En tal caso, los cuerpos permanecen unidos tras el choque, moviéndose solidariamente (con la misma velocidad).
En una dimensión, si llamamos v1,i y v2,i a las velocidades iniciales de laspartículas de masas m1 y m2, respectivamente, entonces por la conservación del momento lineal tenemos:
[pic]

y por tanto la velocidad final vf del conjunto es:
[pic]

El coeficiente de restitución es una medida del grado de conservación de la energía cinética en un choque entre partículas.
En una colisión frontal alineada de dos esferas sólidas (como las que experimentan lasbolas de billar) las velocidades después del choque están relacionadas con las velocidades antes del choque, por la expresión:
[pic]
Donde "e" es precisamente el coeficiente de restitución, que toma valores entre 0 y 1. El valor 1 se da en un choque perfectamente elástico, donde se conserva tanto la cantidad de movimiento como la energía cinética del sistema. El valor 0 se da en un choqueperfectamente inelástico, donde sólo se conserva la cantidad de movimiento, una porción de la energía cinética inicial de las partículas se "consume" durante el choque.
Desarrollo:

Materiales Utilizados:
- Rampa

- Dos esferas de acero (aproximadamente 25 mm de diámetro)

- Regla milimetrada

- Papel carbónico

- Balanza

Procedimiento:
Utilizando un dispositivo similar al de la figura:[pic]

se procedió de la siguiente manera: se posicionaron las esferas 1 y 2 como muestra la figura y se dejó caer la primera hasta que golpeara la segunda y ambas cayeran a la base del dispositivo. Allí había colocado un papel carbónico y una hoja en blanco, de modo que al caer las esferas quedaran marcadas las posiciones x1 y x2. Se repitió la operación una serie de veces hasta que se...
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