¿Qué es la conservación del impulso?
El momento es una cantidad de movimiento igual al producto de la masa por la velocidad del objeto. Un objeto con más masa tiene más impulso y un objeto con más velocidad también tiene más impulso.
La conservación del impulso dice que el impulso no se crea ni se destruye, solo se mueve de un lugar a otro. Entonces, si dos autos chocan entre sí en un choque, todo ese impulso va a alguna parte. La razón por la que parece que desaparece es que el impulso puede ser absorbido por la tierra.
Pero podemos minimizar ese efecto para un laboratorio utilizando pistas de baja fricción o bolas de billar. Hoy, vamos a utilizar una de esas pistas de baja fricción, llamada pista de aire, para investigar la conservación del impulso.
Pasos del laboratorio de física
Para este laboratorio de física, necesitará:
- Una pista de metal o una pista de aire
- Dos carros para la pista
- Masas que se adhieren a los carros
- Un cronómetro con función de vuelta
- Una cinta métrica o una regla
- Cinta adhesiva
- Una balanza
- Y, un iniciador de carro (algo que empuja un carro en la pista con solo presionar un botón)
Paso 1: agregue un poco de masa a uno de los carros para que los dos carros tengan masas totales diferentes. Mida las masas de cada uno (incluido el carro) en una balanza y anótelo.
Paso 2: coloque la pista de aire en una superficie nivelada. Coloque el carro más liviano en el medio de la pista de aire y el carro más pesado cerca de uno de los bordes junto al arrancador del carro. (El carro más pesado será propulsado por el motor de arranque hasta que golpee el carro más liviano).
Paso 3: coloque trozos de cinta adhesiva en el riel. Marque un punto final para el carro más pesado un poco más abajo de la pista. Este punto debe ser antes de que los carros más pesados lleguen al carro más liviano. También marque un punto final para el carro más ligero. Este punto final debe estar lo suficientemente cerca del punto de partida para que el carro no haya perdido demasiada velocidad.
Paso 4: Mida la distancia desde la posición inicial del carro más pesado hasta la posición final que marcó. Luego, mida la distancia desde la posición inicial del carro más ligero hasta su posición final. Anote esas distancias.
Paso 5: Presione el motor de arranque, haciendo que el carro más pesado golpee el carro más liviano. Utilice el cronómetro para medir el tiempo que tarda el carro más pesado en viajar hasta el punto final que marcó. Escríbalo y repítalo cinco veces.
Paso 6: Presione el motor de arranque nuevamente. Esta vez, utilice el cronómetro para medir el tiempo que tarda el carro más ligero en recorrer la distancia marcada. Escríbalo y repítalo cinco veces.
Paso 7: Si el carro más pesado rebota o continúa moviéndose después del impacto, marque una distancia de rebote con la cinta adhesiva y mida también el tiempo que tarda en recorrer esa distancia. Escríbalo y repítalo cinco veces.
Promedie sus conjuntos de cinco ensayos para encontrar el tiempo promedio en cada caso. Utilice la ecuación de velocidad = distancia / tiempo para calcular qué tan rápido viajaba cada carro en el período para el que lo cronometró.
Puede recopilar sus datos en una tabla. Si aún no lo ha hecho, ahora es el momento de pausar el video y comenzar. ¡Buena suerte!
Análisis de los datos
Después de completar el experimento, ahora debería tener la velocidad del carro más pesado antes de la colisión, la velocidad del carro más ligero después de la colisión y, en el caso del rebote, la velocidad del carro más pesado después de la colisión. Si no hubo rebote, ese valor es cero. También tiene la masa total de cada carro (incluidos los pesos adjuntos).
Para analizar estos datos, queremos comprobar si se mantiene la conservación del impulso. Claramente, no será perfecto, porque nadie es perfecto para usar un cronómetro y medir distancias. Pero aún podemos intentar ver qué tan cerca podemos obtener nuestros datos.
Esta ecuación es la ecuación para la conservación del momento:
p = mv
(m1 * v1 + m2 * v2) antes = (m1 * v1 + m2 * v2) después
Conecte todos sus números y resuelva ambos lados, y vea qué tan cerca de iguales están realmente.
Deberían estar bastante cerca; aunque incluso con pistas de aire, la tierra toma algo de impulso. Si no están cerca, pregúntese qué podría haber hecho de manera diferente en su experimento para mejorar sus datos. Dedique algún tiempo a analizar y pensar, y tal vez vuelva a intentarlo.
Vale la pena señalar que la mayor fuente de error (también conocida como incertidumbre) en el experimento, de lejos, es el momento para presionar los botones del cronómetro, y cada experimento tiene cierta incertidumbre. Lo mejor que podemos hacer es reducirlo y minimizarlo.
Resumen de la lección
El momento es una cantidad de movimiento igual al producto de la masa por la velocidad del objeto. Un objeto con más masa tiene más impulso y un objeto con más velocidad también tiene más impulso. La conservación del impulso dice que el impulso no se crea ni se destruye; solo se mueve de un lugar a otro.
Ésta es la ecuación para la conservación del momento: (m1 * v1 + m2 * v2) antes = (m1 * v1 + m2 * v2) después. Entonces, si podemos hacer chocar dos objetos, medir las masas y sus velocidades antes y después de la colisión, podemos usar esto para confirmar que el momento se conserva. Sin embargo, esto solo funcionará si no hay mucha fricción y el impulso no se transfiere a la tierra misma.
Los resultados del aprendizaje
Una vez que haya revisado esta lección en video, podrá:
- Definir impulso
- Describir el concepto de conservación de la cantidad de movimiento e identificar su ecuación.
- Explicar la relación entre momento, masa y velocidad.
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