LABORATORIO N 14COLISIONES

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS Y DEL AMBIENTEINGENIERIA AMBIENTAL FISICA ICUCUTA, NORTE DE SANTANDER2013LABORATORIO N 14COLISIONES

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS Y DEL AMBIENTEINGENIERIA AMBIENTAL FISICA ICUCUTA, NORTE DE SANTANDER2013

RESUMEN

A raz de que dentro del planeta, dentro de la biosfera en la que actualmente nos desarrollamos existen cuerpos que estn en completa dinmica en todo momento. De hecho, todos los cuerpos inclusive los inertes a diario se estn moviendo, ya sea porque alguien los hace cambiar de su estado natural, o bien en una ampliacin de el termino cientficamente, La tierra constantemente est realizando movimientos sean de rotacin o translacin.

De esta forma, cuando todos los cuerpos se mueven se pueden presentar choques entre ellos, as como puede que estos se muevan en diferentes direcciones y no se logren tocar con otros.

Estos choques o colisiones son de gran importancia debido a que en los aceleradores de partculas ocurren muchsimas colisiones de partculas diminutas casi a diario, los fsicos luego de jugar a los cochecitos chocones con protones y electrones ven qu es lo que queda y as podemos desentraar los misterios de nuestro universo recogiendo trocitos de tomos.[footnoteRef:1] [1: ]

Por tal motivo, en el presente informe vamos a dar a conocer un fenmeno muy comn en la fsica como son las colisiones, el cual se relaciona en que dos cuerpos chocan, este fenmeno consiste en que un cuerpo con velocidad choca con otro sin velocidad o los dos cuerpos chocan con velocidad distintas de cero, con este informe daremos a conocer cada uno de las diferentes clases de choques y sus caractersticas presentadas.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Analizar la colisin elstica e inelstica de dos cuerpos que se mueven sin friccin en una pista de aire.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Determinar la cantidad de movimiento de un cuerpo. Verificar el principio de conservacin de la cantidad de movimiento. Comprobar la conservacin de la energa en choques elsticos. Comprobar la no conservacin de la energa en choques inelsticos.

DESARROLLO TEORICO

Cuando dos o ms cuerpos se aproximan entre s, entre ellos actan fuerzas internas que hacen que su momento lineal y su energa varen, producindose un intercambio entre ellos de ambas magnitudes. En este caso se dice que entre los cuerpos se ha producido una colisin o choque. Es preciso recalcar que, para que se produzca una colisin, no es necesario que los cuerpos hayan estado fsicamente en contacto en un sentido microscpico; basta que se aproximen lo suficiente como para que haya habido interaccin entre ellosLa caracterstica fundamental de una colisin es que las fuerzas que determinan lo que ocurre durante la misma son nicamente fuerzas internas (de interaccin entre los distintos cuerpos que colisionan).Como consecuencia de este hecho la velocidad del centro de masas del sistema durante la colisin va a ser constante ya que la aceleracin del centro de masas es producida nicamente por las fuerzas externas que actan sobre el sistema.En una colisin intervienen dos objetos que ejercen fuerzas mutuamente. Cuando los objetos estn muy cerca entre s o entran en contacto, interaccionan fuertemente durante un breve intervalo de tiempo. Las fuerzas de ste tipo reciben el nombre de fuerzas impulsivas y se caracterizan por su accin intensa y breve. Un caso de este tipo de interaccin, por ejemplo, es la colisin de dos carros que lleven montados parachoques magnticos. Estos interactan incluso sin llegar a tocarse, es lo que se considera colisin sin contacto.Las fuerzas que se ejercen mutuamente son iguales y de sentido contrario. Si el choque es elstico se conservan tanto el momento lineal como la energa cintica del sistema, y no hay intercambio de masa entre los cuerpos, que se separan despus del choque. Si el choque es inelstico la energa cintica no se conserva y, como consecuencia, los cuerpos que colisionan pueden sufrir deformaciones y aumento de su temperatura.

Momento lineal en una colisinEl momento lineal de un sistema de partculas es igual al momento lineal de su centro de masas. Como durante una colisin ste es constante,

En todo choque el momento lineal total del sistema se conserva.

Segn la segunda ley de Newton la fuerza es igual a la variacin del momento lineal con respecto al tiempo. Si la fuerza resultante es cero, el momento lineal constante. sta es una ley general de la Fsica y se cumplir ya sea el choque elstico o inelstico. En el caso de un choque:

La ecuacin anterior es una ecuacin vectorial y como tal hay que utilizarla al analizar un choque entre partculas.Esto supone, en el caso especial del choque, que el momento lineal antes de la interaccin ser igual al momento lineal posterior al choque.

Este coeficiente vara entre 0 y 1, siendo 1 el valor para un choque totalmente elstico y 0 el valor para uno totalmente plstico o inelstico.Para caracterizar la elasticidad de un choque entre dos masas se define un coeficiente de restitucin como:

Choque en una dimensin. Como las fuerzas que actan durante el choque son internas, el momento lineal total del sistema se conserva.

EnergaLa variacin de energa cintica de un sistema de partculas viene dada por:

En una colisin las fuerzas relevantes son las fuerzas internas, por lo que la expresin anterior puede escribirse:

A partir de aqu podemos distinguir dos tipos de colisiones: aquellas en que las fuerzas internas no hacen trabajo y en las que s que lo hacen.Choque elsticoUn choque elstico es aqul en que las fuerzas internas no hacen trabajo. De la ecuacin anterior se deduce que en este caso la energa cintica del sistema de partculas se conserva durante el choque. Para el caso de una colisin entre dos partculas representado en la figura anterior se tiene entonces:

Un ejemplo tpico de colisin elstica lo constituye el choque de las bolas de billar. Puesto que stas son rgidas no cambian de forma, y por tanto las fuerzas internas no hacen trabajo.

El choque de las bolas de billar es elstico. Durante un choque elstico se conservan el momento lineal y la energa cintica.

DETALLES EXPERIMENTALES

Los materiales utilizados para la presente prctica fueron: Manguera y ventilador Disparador Riel de aire Base Varilla de soporte Accesorios riel de aire Deslizadores Cables de conexin Fotoceldas Interface cobra 3 Cable USB Fuente de alimentacin Soporte final Software de Temporizador / Contador Sistema de arranque Plastilina

1. En las diferentes mesas de trabajo se realizo el trabajo estipulado, despus de observar el sistema ya montado, se procedi a realizar el experimento.

1. Se abri el programa mesaure en el computador, buscando el software para iniciar el temporizador y de esta manera poder tomar los tiempos necesarios con los diferentes parmetros de la prctica.

1. Se encendi el equipo de tal manera que dejo tomar las medidas de velocidad inicial y final con los diferentes pesos.

1. Se procedi a calcular los movimientos totales antes y despus de la colisin y de igual forma su energa cintica y los dems datos que se obtuvieron.

RESULTADOS EXPERIMENTALES

Tabla 1. Colisiones elsticas

Exp.m1m2V10V20V1V2

1200 gr200 gr0,406 m/s0,478 m/s0,446 m/s0,408 m/s

2200 gr220 gr0,695 m/s0,610 m/s0,374 m/s0,401 m/s

3200 gr240 gr0,642 m/s0,821 m/s0,511 m/s0,213 m/s

Tabla 2. Colisiones inelsticas Exp.m1m2V10V20V

4200 gr200 gr0,813 m/s0,622 m/s0,142 m/s

5200 gr220 gr0,496 m/s0,187 m/s0,198 m/s

6200 gr240 gr0,913 m/s0,624 m/s0,146 m/s

PROCESAMIENTO DE DATOS

1. Con los datos de las tablas 1 y 2, calcule la cantidad de movimiento total antes y despus de la colisin para los dos deslizadores en cada una de las 6 experiencias realizadas y elabore una tabla que le permite comparar la cantidad de movimiento total del sistema antes y despus de la colisin. (Tabla 3)

Colisiones elsticosPo = M1.Vo1 + M2.Vo2

Po1 = (200)(0,406) + (200)(0,478) = 176,8 Po2 = (200)(0,695) + (220)(0,610) = 273,2Po3 = (200)(0,642) + (240)(0,821) = 325,4

Pf = M1.V1 + M2.Vo2

Pf1 = (200)( 0,446) + (200)(0,408) = 170,8 Pf2 = (200)( 0,374) + (220)(0,401) = 125,9Pf3 = (200)( 0,511) + (240)(0,213) = 153,3

Eci = M1.(Vo1)2 + M2.(Vo2)2

Eci1 = (200).(0,406)2 + (200)(0,478)2 = 39,33Eci2 = (200).(0,695)2 + (220)(0,610)2 = 89,23Eci3= (200).(0,642)2 + (240)(0,821)2 = 122,1

Ecf = M1.V1 + M2.V2

Ecf1 = (200)(0,446)2 + (200)(0,408)2 = 36,54Ecf2 = (200)(0,374)2 + (220)(0,401)2 = 31,68Ecf3 = (200)(0,511)2 + (240)(0,213)2 = 31,56

Colisiones inelsticos

Po = M1.Vo1 + M2.Vo2

Po4 = (200)(0,813) + (200)(0,622) = 287Po5 = (200)(0,496) + (220)(0,187) = 140,3Po6 = (200)(0,913) + (240)(0,624) = 332,4

Pf = ( M1 + M2 ) V

Pf4 = ( 200 + 200 )(0,142) = 56,8Pf5 = ( 200 + 220 )(0,198) = 83,16Pf6 = ( 200 + 240 )(0,146) = 64,24

Eci = M1.(Vo1)2+ M2.(Vo2)2

Eci4 = (200)(0,813)2+ (200)(0,622)2 = 104,8Eci5 = (200)(0,496)2+ (220)(0,187)2 = 28,45Eci6 = (200)(0,913)2+ (240)(0,624)2 = 130,1

Ecf = (M1 + M2). V2

Ecf4 = (200 + 200)(0,142)2 = 4,033Ecf5 = (200 + 220)(0,198)2 = 8,233Ecf6 = (200 + 240)(0,146)2 = 4,689

2. Calcule la energa cintica total antes y despus de la colisin para los dos deslizadores en cada una de las experiencias realizadas. (Tabla 3)Tabla 3. Anlisis del experimento.Exp. N pi pfEciEcf

1176,8170,839,336,5

2273,2125,989,2331,7

3325,4153,3122,131,6

428756,8104,84,033

5140,383,1628,458,033

6332,464,24130,14,689

3. Se conserva la cantidad de movimiento total (antes y despus de la colisin) en cada uno de los 6 eventos realizados? ExpliqueSi, si se conserva, gracias a que la cantidad de movimiento iba aumentando de acuerdo al peso agregado es decir, el aumento iba en proporcin al peso agregado.

4. Se conserva la energa cintica total (antes y despus de la colisin) en cada uno de los 6 eventos realizados? Explique.No se conserva la energa cintica, gracias a que dentro de los 6 eventos observados, se presentan dos tipos de colisiones, colisiones elsticas y colisiones inelsticas. Donde gracias a la teora y dentro de un contexto explicado en preguntas estipuladas ms adelante, en los choques inelsticos la energa cintica no se conserva.

5. Por qu una persona situada de pie sobre una superficie de hielo puede resbalar, e incluso caer si empuja una pared?

Porque cuando la persona est de pie pero est apoyada en la pared o de una u otra forma se est sosteniendo para evitar el movimiento, la cantidad de movimiento se conserva. Sin embargo, cuando empuja una pared la persona se encuentra en movimiento, por tal motivo su cantidad podra conservarse si se hace con una velocidad nula; si no la cantidad de movimiento no se conserva.De igual manera, al caminar sobre una superficie helada estamos ejerciendo toda la presin de nuestro peso sobre el hielo que se encuentra en contacto con los zapatos. Bajo esa presin, una delgada capa de hielo se funde y ya no caminamos sobre hielo sino sobre agua lquida, sobre un piso mojado. Esa capa de agua es la que provoca que el hielo se torne resbaladizo y corramos riesgo de caer[footnoteRef:2] [2: ]

6. En una colisin elstica entre dos partculas, cambia la energa cintica de cada partcula como resultado de la colisin?

Enmecnicase hace referencia a unchoque perfectamente elsticocuando en l se conserva laenerga cinticadel sistema formado por las dosmasasque chocan entre s.

Para el caso particular que ambas masas sean iguales, se desplacen segn la misma recta y que la masa chocada se encuentre inicialmente en reposo, la energa se transferir por completo desde la primera a la segunda, que pasa del estado de reposo al estado que tena la masa que la choc.

En otros casos se dan situaciones intermedias en lo referido a las velocidades de ambas masas, aunque siempre se conserva la energa cintica del sistema. Esto es consecuencia de que el trmino "elstico" hace referencia a que no se consume energa en deformaciones plsticas, calor u otras formas.[footnoteRef:3] [3: ]

7. Por qu no se conserva la energa cintica total en las colisiones inelsticas?

En unchoque inelsticoes un tipo dechoqueen el que laenerga cinticano se conserva. Como consecuencia, los cuerpos que colisionan pueden sufrir deformaciones y aumento de sutemperatura. En el caso ideal de un choque perfectamente inelstico entre objetos macroscpicos, stos permanecen unidos entre s tras la colisin. El marco de referencia delcentro de masaspermite presentar una definicin ms precisa.

CONCLUSIONES

En el presente laboratorio se pudo identificar diferentes caractersticas de las colisiones. De la siguiente manera:

El choque elsticoa una colisin entre dos o ms cuerpos en la que stos no sufren deformaciones permanentes durante el impacto. En una colisin elstica se conservan tanto elmomento linealcomo laenerga cinticadel sistema, y no hay intercambio de masa entre los cuerpos, que se separan despus del choque.

Unchoque inelsticoes un tipo dechoqueen el que laenerga cinticano se conserva. Como consecuencia, los cuerpos que colisionan pueden sufrir deformaciones y aumento de sutemperatura. En el caso ideal de un choque perfectamente inelstico entre objetos macroscpicos, stos permanecen unidos entre s tras la colisin. El marco de referencia delcentro de masaspermite presentar una definicin ms precisa.

Gracias a los experimentos se pudo definir como en la cantidad de movimiento lineal de dos masas, su velocidad y la distancia son proporcionales.

BIBLIOGRAFIA

1. http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20100315085920AAm76NO2. http://cienciaes.com/ciencianuestra/2009/05/20/-por-qu-resbala-el-hielo-se-puede-pinchar-un-hielo-con-un-mondadientes-como-una-aceituna/3. http://es.wikipedia.org/wiki/Choque_el%C3%A1stico