Conservación Del Momento Lineal Y De La Energía

Conservación del Momento Lineal y de la Energía

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Conservación del Momento Lineal y de la Energía

Objetivos Comprobar experimentalmente la conservación del momento lineal mediante choques elásticos e inelásticos. Comprobar la conservación de la energía potencial y cinética. Material
1 Pista de deslizamiento con topes 1 Dos coches con ruedas 1 Juego de 2 pesos de 500 gr. 1 Barra demadera con fieltro 1 medidor de ángulos 1 barra metálica 1 soporte fijación 1 Pie metálico en A

Esta práctica contiene tres experimentos: 1) Conservación del momento lineal en explosiones. 2) Conservación del momento lineal en colisiones. a) Choques elásticos. b) Choques inelásticos. 3) Conservación de la energía. Determinación de la constante elástica de un muelle. Experimento 1: Conservación delmomento lineal en explosiones Teoría Supongamos que tenemos un sistema de masa M compuesto por dos masas, m1 y m2 , de modo que M = m1 + m2 . Si el sistema está inicialmente en reposo, su momento lineal inicial será nulo. Supongamos ahora que debido sólo a fuerzas internas acontece una explosión de manera que el sistema se rompe en sus masas m1 y m2 las cuales se moverán con velocidades v1 y v2 ,respectivamente. Debido a que el sistema tenía inicialmente un momento nulo, éste deberá seguir siendo nulo tras la explosión debido a que sólo han intervenido fuerzas internas. Que el momento lineal sea nulo después de la explosión indica que las masas m1 y m2 se deben mover en la misma dirección y en sentidos opuestos. Este hecho se deduce de la conservación de las componentes verticales yhorizontales del momento lineal:

Conservación del Momento Lineal y de la Energía

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α1 m1 m2
Antes de la explosión

m1

α2 m2
Situación hipotética después de la explosión

Según la situación hipotética después del choque que se representa en la figura superior derecha, se debe cumplir:

m1 v1 sen α1 = m2 v2 sen α2 Conservación comp. verticales momento lineal m1 v1 cos α1 = m2 v 2 cosα2 Conservación comp. horizontales momento lineal
Dividiendo ambas ecuaciones obtenemos:

tg α1 = tg α2

⇒

α1 = α2 = α

Es decir, ambas partículas forman el mismo ángulo con la horizontal después de la explosión como habíamos indicado. Podemos tomar el sistema de referencia de modo que dicho ángulo α sea nulo.

m1 m2
Antes de la explosión

m1 m2
Situación real después de laexplosión

Como el momento lineal P antes de la explosión era nulo, vemos que después de la explosión se debe cumplir:

r r r P = m1 v1 − m2 v 2 = 0
Esto es:

[1] [2]

v1 v2

=

m2 m1

En nuestro experimento 1, el punto de explosión se elegirá de modo que cada uno de los coches alcancen los extremos opuestos de la pista simultáneamente. La relación entre las velocidades de cada coche, sepuede determinar sólo a partir de la medida de la distancia viajada por cada coche hasta su extremo, ya que el tiempo es común para ambos coches:

Conservación del Momento Lineal y de la Energía

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∆x1 v1 ∆x = ∆t = 1 v 2 ∆x 2 ∆x 2 ∆t
y debido a [2]: Método experimental

[3]

∆x1 m2 = ∆x 2 m1

[4]

1) Nivelar la pista deslizante mediante los tornillos que se encuentran en sus extremoshasta conseguir que un coche situado en cualquier punto de la pista no se mueva. 2) Uno de los coches tiene un resorte con un muelle. Apretar dicho resorte hasta el final y luego elevarlo ligeramente hasta que el resorte quede enganchado. Unir los dos coches mediante el velcro de modo que el resorte quede entre los dos coches. 3) Golpear (con una de las barras metálicas negras o con la barra demadera con fieltro) el pequeño pivote negro que se encuentra encima del resorte. Esto provocará que se suelte el resorte del muelle. Se debe intentar que en el golpe, el tiempo de percusión sea muy corto. Experimentar con diferentes puntos de comienzo en la pista hasta lograr que ambos coches lleguen simultáneamente a sus extremos respectivos. Pesar ambos coches y anotar la posición de comienzo...