Choque elástico

Conservación de la Cantidad de movimiento

Choque elástico.

Trabajo de Laboratorio Nº 5

Física I

INTRODUCCION:

La ley  de conservación de la cantidad de movimiento establece que la misma se conserva en un sistema de partículas o cuerpos si no hay fuerzas externas aplicadas al sistema. En este trabajo se considerará un sistema formado por dos carritos libres de recorrer un riel que serán dotados de velocidades, y luego se dejará que el sistema evolucione y se produzca un choque. Una vez finalizado el choque se verificará la conservación de la cantidad de movimiento antes y después del mismo. La fuerza de gravedad, que es externa al sistema, no se considerará en tanto que el movimiento ocurre perpendicularmente a la acción de esta fuerza y ella se hallará en todo momento compensada por la normal que ejerce el riel sobre los carritos. Las medias  de masas y velocidades  antes y después del choque permitirán corroborar  la ley de conservación.

En la experiencia se variarán las masas y  las velocidades. Las características del choque serán las de un choque elástico mediante el uso de imanes en los extremos de los carritos, que producen una fuerza conservativa durante el choque evitando o disminuyendo al mínimo la pérdida de energía por contacto.

TEORIA:

Cantidad de movimiento:

Se define como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado y obedece a una ley de conservación, lo cual significa que la cantidad de movimiento total del sistema cerrado (o sea uno que no es afectado por fuerzas exteriores, y cuyas fuerzas internas no son disipadoras) no puede ser cambiada y permanece constante en el tiempo.

Ley de conservación de la energía mecánica:

La energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante cuando todas las fuerzas que actúan sobre él son conservativas o el trabajo de las no conservativas es nulo.

Choque elástico:

 Es un choque en el cual no hay pérdida de energía cinética en el sistema como resultado del choque. Tanto la  cantidad de movimiento como la energía cinética, son cantidades que se conservan en este tipo de choques.

OBJETIVO:

Comprobar la ley de conservación de la cantidad de movimiento.

        Analizar los variables que gobiernan el choque y el concepto de restitución.

MATERIALES:

Integrado por 1 riel, 2 carritos, 3 masas para carrito, 2 lanzadores, timer inteligente, 2 fotoceldas y 2 “cebras” (Figuras 1,2 y 3).

[pic 1]

Figura 1: Equipamiento: Riel, 2 carrito, tope, 2 fotoceldas y dos “cebras”.

[pic 2]

Figura 2: Timer inteligente con su adaptador de voltaje y “cebra”.

[pic 3][pic 4]

Figura 3: Lanzador de carro, montaje.

DESARROLLO:

Primero debe colocarse el riel en la mesa y nivelarlo,  luego arme y coloque los lanzadores en los extremos del mismo.

Ahora debe medir las masas de los carritos, de las “cebras” y de las pesas extras,  mediante el uso de una balanza (cuadro1).

A continuación coloque los carritos en el riel y sobre ellos calce las “cebras” como se muestran en la figura 1. Coloque las fotoceldas  graduando su altura para que la división de 1cm de la “cebra” intercepte de manera efectiva al haz  de luz infrarroja y al fotosensor.  Las fotoceldas serán ubicadas lo más cerca al sector del riel donde se espera que se produzca el choque, pero dejando una distancia que permita la buena lectura de todas las velocidades.

Una vez armado el dispositivo, conecte las fotoceldas al timer inteligente, anotando cuál de ellas corresponde a la entrada 1 y cual a la 2.

Cuando se encuentra calibrado todo el dispositivo se colocan los carritos en contacto con los lanzadores y teniendo el timer ya en espera de las medidas, se los lanza.

Realice 5 (cinco) determinaciones sin cambiar los parámetros. Luego realice 5 determinaciones agregando una masa extra a uno de los carros. Luego otras 5 agregando otra masa extra al carro anterior (dos en total).

De este modo se dispondrá de todas las medidas para verificar la ley de conservación de la cantidad de movimiento (cuadro 2 y 3).

[pic 5][pic 6]

Tener en cuenta que por tratarse del caso unidimensional, movimiento sobre un riel recto, el símbolo de los vectores  de velocidad, debe ser reemplazado correctamente por el signo adecuado. En esta ocasión se tomó como comienzo del eje la posición de inicio del carrito 1 y con sentido positivo hacia donde este comenzó a moverse luego de ser impulsado por los lanzadores. De esta forma nos queda positiva la Vinicial 1 y negativa la Vinicial 2 (cuadro 4).

Ahora pasaremos a evaluar la ley de conservación de la energía, ya que si el choque es elástico, esta no debería de variar (cuadro 5).

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[pic 8]

Por último determinaremos el coeficiente de restitución correspondiente a cada caso (cuadro 6).

[pic 9][pic 10]

MEDICIONES:

Cuadro 1.

Cuadro 2.

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