Laboratorio de física

Física Mecánica
Tema: Cantidad de movimiento lineal y colisiones
OBJETIVOS:
Aplicar la ley de la conservación de la cantidad de movimiento y la ley de conservación de la energía para describir el funcionamiento del péndulo balístico.
MATERIALES E INSTRUMENTACIÓN
Kit péndulo balístico PHYWE
Esferas de metal
Balanza
Regla





MARCO TEÓRICO
Reconocer el conceptode masa y velocidad. De igual forma las ecuaciones que describen la cantidad de movimiento de un objeto, la ley de conservación de la cantidad de movimiento, la ley de conservación de la energía. Identificar las características de los choques elásticos e inelásticos.
INVESTIGACIÓN
La cantidad de movimiento o momento lineal se refiere a objetos o partículas en movimiento. Es una cantidadvectorial que se relaciona de manera directa con la segunda ley de Newton, ya que combina el concepto de inercia y movimiento. Obedece a un principio que relaciona la conservación que se ha utilizado para describir muchos fenómenos y experimentos, como por ejemplo el péndulo balístico, se denomina ley de la conservación de la cantidad de movimiento. Esta ley es la base sobre la que se construye lasolución de muchos problemas que implican dos o más cuerpos que interactúan, especialmente en las colisiones o choques.
Se define del modo siguiente:
Cantidad de movimiento = masa x velocidad
= m.
Donde es el símbolo con que se representa la cantidad de movimiento.
es un vector que apunta en la misma dirección que .
La segunda ley de Newton establece que la fuerza sobre un objeto es igual a larapidez de cambio de la cantidad de movimiento del objeto.
En términos de la cantidad de movimiento, la segunda ley de Newton se escribe como
F = dp/dt

La energía cinética de un cuerpo de masa m se puede expresar como:
K = 1/2 mv2 = p2/2m
Llamamos colisión a la interacción de dos (o más) cuerpos mediante una fuerza impulsiva. Si m1 y m2 son las masas de los cuerpos, entonces la conservaciónde la cantidad de movimiento establece que:
m1v1i + m2v2i = m1v1f + m2v2f
Donde v1i, v2i, v1f , v2f son las velocidades iniciales y finales de las masas m1 y m2.
Clasificación de las colisiones
Las colisiones se clasifican en:
Elásticas: cuando se conserva la energía cinética total.
Inelásticas: cuando parte de la energía cinética total se transforma en energía no recuperable (calor,deformación, sonido, etc.).
Perfectamente inelásticas: cuando los objetos permanecen juntos después de la colisión.
v1f = v2f
Colisiones perfectamente inelásticas
Para colisiones perfectamente inelásticas se cumple lo siguiente:

Si m2 está inicialmente en reposo, entonces:

Si m1» m2, entonces v = v1i.
Si m1« m2, entonces v = 0.
Si v2i = -v1i , entonces:

Si en este caso m1= m2, entonces:v = 0
Colisiones elásticas
En colisiones elásticas se conserva el momento y la energía total. Entonces se tiene que:



Colisiones inelásticas
Las colisiones inelásticas se caracterizan por una pérdida en la energía cinética, podemos representar por e, la fracción de la velocidad relativa final entre la inicial, o sea:

Donde e se conoce como el coeficiente de restitución. Para este casolas velocidades finales serán:

RESULTADOS
A) Análisis cualitativo
Realizar un esquema del movimiento identificando de manera descriptiva las variables de masa y velocidad, antes de la colisión y después de la colisión.


Al ser corto el tiempo de colisión, el proyectil llega a reposo antes de cambiar la posición del péndulo, debido a esto, no existen fuerzas externas y se puede aplicar laley de la conservación del movimiento. Observamos que la velocidad del péndulo es igual a 0 puesto que no existe movimiento, sin embargo la velocidad de la esfera tiene una dirección y una magnitud.



El péndulo cambia su posición inicial y sujeto a la gravedad, trata de regresar a su posición de inicio. Las masas, pasan a ser una sola y la velocidad de la esfera es transmitida ahora a los...