El nuevo Laboratorio péndulo balístico

PÉNDULO BALÍSTICO

INTRODUCCIÓN

Un péndulo balístico es un dispositivo que se utiliza para medir la cantidad de movimiento de una bala, a partir de la cual es posible calcular su velocidad y energía cinética. El desarrollo del péndulo balístico fue un acontecimiento importante en la historia de la balística, permitiendo que éste campo de estudio avanzara de forma significativa.

Para analizar el funcionamiento del péndulo balístico es necesario hacer uso del principio de conservación de la energía mecánica y del principio de conservación del momentum lineal. A continuación se define de manera breve dichos conceptos:

Ley de la conservación de la energía: Constituye el primer principio de la termodinámica y afirma que la energía puede transformarse de una forma a otra o transferirse de un cuerpo a otro, pero en su conjunto permanece estable o constante.

                                                 [pic 1]

                                                   Figura No.1

Principio de conservación del momento lineal: Establece que si la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema es nula, su momento lineal permanece constante en el tiempo.

                                     ∑F=0 ⇔ p= constante

                                     Donde:

                               P “Momentum lineal” = masa (kg) * velocidad (m/s)

Dadas las definiciones, el objetivo primordial de la práctica de laboratorio fue utilizar los conceptos mencionados con antelación de tal manera que al final se pudiera determinar la rapidez de salida de un balín disparado horizontalmente desde un lanzador haciendo uso de los principios de conservación de la energía y de la cantidad de movimiento lineal.

Para validar dichas definiciones se montó un dispositivo lanzador el cual disparaba un balín a 3 velocidades diferentes, con lo cual se hicieron 2 ejercicios; primero se tomaba el lanzador y al frente se le ponían dos sensores, los cuales mostraban en pantalla la rapidez del balín al ser lanzado. El segundo ejercicio consistía en poner al frente del dispositivo lanzador un péndulo a 2 cm de distancia, en este ejercicio se buscaba conocer el movimiento angular del péndulo y el movimiento lineal del balín, ya que cuando el balín era disparado, éste hacía que el péndulo se moviera y generara un ángulo. Dicho movimiento era modelado gráficamente por el software pasco capstone y a partir de éste último se obtenía la máxima posición angular.

Dicho esquema se muestra a continuación:   

                                    Esquema No. 1

                      [pic 2]

Para lograr el objetivo mencionado con antel8ación, se empleó un lanzador de proyectiles que disparaba un balín de acero de masa mb) con una rapidez (vb) hacia un péndulo en reposo de masa (mp). De éste modo, la bala se incrustaba en el péndulo dando lugar a una colisión perfectamente inelástica, haciendo que el momento del balín se transfiriera al sistema péndulo+balín. Así, el péndulo adquiría una nueva velocidad (vp) después de la colisión y se elevaba, incrementando la altura del centro de masa del péndulo a una distancia (h). Durante la colisión no toda la energía cinética de la bala se transformaba en energía cinética del péndulo, si no que parte de ella era convertida en energía térmica y de deformación. Pero después de la colisión, se suponía que la energía total del sistema se conservaba y que la energía cinética del péndulo al inicio del movimiento se convertía en la energía potencial del mismo al alcanzar su altura máxima. Lo anterior nos permitió calcular la velocidad inicial del péndulo (vp). Además, aplicando la conservación del momento lineal pudimos encontrar la velocidad de salida del balín (vb).

RESULTADOS

A continuación se muestran los resultados que se obtuvieron luego de ajustar el ángulo del lanzador a cero grados para realizar 5 disparos horizontales; en éste punto, el balín era introducido suavemente en el lanzador con ayuda de una pequeña barra plástica. Ello con el propósito de promediar los valores registrados por los sensores de la rapidez inicial para cada nivel de compresión; además, se midió el desplazamiento del resorte en el nivel de compresión medio y todo ello se registró en la Tabla No.1.

                                         Tabla No.1

                                [pic 3]

                                                     [pic 4] Figura No.2

Donde:

Vb = (3,89 + 3,92 + 3,92  + 3,92  + 3,92) / 5

ΔVb = (3,92 – 3,89) / 2

ΔVb/Vb = ΔVb / Vb

A continuación se presenta el consolidado que se obtuvo como resultado de haber medido la masa del balín y del péndulo por separado, haciendo uso de la balanza y de medir la distancia (r) del péndulo desde el eje de rotación hasta el centro de masa.

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