conserva_ptermo

Chocando con la realidad.
María Paula Coluccio y Patricia Picardo
Laboratorio I de Física
para Biólogos y Geólogos
Depto. de Física, FCEyN, UBA
1999

Resumen
En el presente trabajo aplicamos el principio de masa de Newton
pero definido en función de la cantidad de movimiento del sistema, para
comprobar la real elasticidad en un choque experimental. Para medir los
cambios en las variables detrabajo utilizamos sensores que mediante una
interface trabajan bajo el comando de un programa de computación.
Introducción
De acuerdo con el principio de masa establecido por Newton: Todo
cuerpo sometido a la acción de una fuerza recibe una aceleración
proporcional a su intensidad y de la misma dirección y sentido (Resnick,
Halliday, 1980). Resulta entonces:
F=m*a=mdv
dt
Si el sistema consta de unasola partícula de masa m (constante), la
ecuación anterior podría reescribirse utilizando la definición de cantidad de
movimiento P. La cantidad de movimiento (ímpetu) P de una masa m es el
producto de su masa por su velocidad:
P=m*v
Por lo tanto la fuerza resulta:
F = dP
dt
Utilizando las nuevas expresiones, la segunda ley de Newton nos
dice que : la rapidez de cambio del ímpetu de un cuerpo esproporcional a
la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo, y tiene la misma dirección y
sentido que dicha fuerza. (Resnick, Halliday, 1980)

Esta expresión del principio de masa nos será útil para interpretar los
choques y encontrar el valor de la fuerza actuante durante el mismo.
Durante una colisión actúa una fuerza relativamente grande sobre las
partículas que chocan, aunque ésta sólo actúadurante un lapso de tiempo
muy pequeño. Estas fuerzas reciben el nombre de impulsivas. Durante la
colisión, la fuerza impulsiva es generalmente mucho mayor que cualquiera
de las fuerzas externas que puedan estar actuando sobre el sistema. El
movimiento de las partículas que chocan (o por lo menos el de una) cambia
después del choque.
La fuerza impulsiva es constante en dirección pero su módulovaría
en función del tiempo. La colisión comienza en un tiempo inicial ti y acaba
en el tiempo final tf , la fuerza impulsiva es nula antes y después de la
colisión. Sabiendo que: dP = F * dt entonces el cambio en el ímpetu de un
cuerpo (también llamado impulso) durante el choque puede obtenerse
integrando esta ecuación en el tiempo que dura dicha colisión, es decir:
Pf

Pf - Pi =

tf

∫ dP = ∫ F * dtPi

ti

Cuando la suma de las fuerzas externas que actúan sobre el sistema
es cero, P es una constante. Esto se conoce como principio de conservación
del impulso lineal. Este principio puede ser aplicado en las colisiones
cuando se considera muy pequeño al tiempo de la colisión. Las colisiones
pueden considerarse elásticas cuando se conserva la energía cinética
durante el choque. Para ello lavelocidad de la partícula antes del choque
tiene que ser igual a la velocidad final después del mismo.
En nuestra experiencia nos proponemos encontrar cuánto vale la
fuerza impulsiva en un choque de un cuerpo contra una pared rígida, bajo
los supuestos de un choque perfectamente elástico.

Método experimental
Para realizar nuestra experiencia de choque elástico utilizamos un
carrito de masa conocidaque se desplaza en línea recta sobre rieles. Éste
choca contra un sensor de fuerzas que hace las veces de pared rígida. El
rozamiento entre las ruedas del carrito y los rieles es despreciable. Esta es
una buena aproximación ya que el intervalo de tiempo analizado es muy
corto (1 seg).
Debemos asegurarnos una buena fijación del sensor para que éste no
se mueva durante el choque, midiendo asíerróneamente.

Tomamos medida del desplazamiento del carrito (∆x), y del tiempo
que tarda en recorrerlo (∆t), para calcular así las velocidades antes (vi) y
después (vf) del choque.
Sobre el carrito colocamos una plaqueta metálica (cebra) con ranuras
de igual tamaño, que interrumpe a su paso el haz de luz de un sensor de
barrera luminosa (photogate) colocado justo antes del lugar del impacto.
Este...