Laboratorio de impulso y momento

Introducción

Imagínese un accidente automovilístico en la carretera. Afortunadamente, el automóvil tenía bolsas de aire, por lo que nadie resultó herido de gravedad. ¿Por qué las bolsas de aire son tan importantes para reducir el daño causado durante un choque? En física, el impulso , o la tendencia de la masa a permanecer en movimiento, es igual a la masa del objeto multiplicada por la velocidad.

Si un objeto tiene un gran impulso, tendrá una fuerza mayor al impactar y el choque será más serio. Entonces, si desea disminuir el impulso, tendrá que disminuir su velocidad, que es exactamente lo que hace el airbag.

Si tiene menos impulso, golpeará el automóvil con menos fuerza. Si desea obtener más información sobre el impulso, consulte esta lección: ¿Qué es el impulso? – Definición, Ecuación, Unidades y Principio.

La relación entre la cantidad de movimiento y la fuerza se explica en la teoría de la cantidad de movimiento del impulso , y hoy la vamos a poner a prueba midiendo el cambio en la cantidad de movimiento y la fuerza.

Materiales

• Sensores de fuerza y ​​movimiento
• Soportes accesorios
• Carro de dinámica
• Pista de dinámica
• Equilibrar
• Nivel
• Parachoques de primavera
• Cuaderno

Pasos

1. Sus sensores vendrán con un software específico para la marca. Abra su software de recopilación de datos. Inicie un nuevo experimento y conecte el sensor de movimiento y fuerza al software de recopilación de datos.

2. A continuación, deberá configurar su pista. Coloque la pista sobre una superficie plana y ajuste los pies hasta que la pista esté nivelada.

3. Ahora, monte ambos sensores en la pista utilizando los soportes de accesorios. Monte el sensor de movimiento en un extremo del riel utilizando el soporte accesorio y el sensor de fuerza en el otro. Asegúrese de que los sensores estén uno frente al otro.

4. Conecte el parachoques de resorte al sensor de fuerza.

5. Asegúrese de que su software de recopilación de datos esté configurado para recopilar datos de fuerza y ​​velocidad a lo largo del tiempo. Querrá comparar estos dos, por lo que es preferible tenerlos en el mismo gráfico. Estos valores deben estar en el eje y con el tiempo en el eje x .

6. Establezca su frecuencia de muestreo en 100 muestras por segundo. Su colisión ocurrirá muy rápidamente, por lo que es importante tener una gran cantidad de puntos de datos recopilados por segundo.

7. Ponga a cero su sensor de fuerza.

8. Calcula la masa del carro en kilogramos.

9. Coloque su carrito en el riel a 15 cm de distancia del sensor de movimiento.

10. Empuje su carrito y registre sus datos.

11. Ahora deberá utilizar el gráfico que creó en su software de recopilación de datos para su análisis. Primero, use la gráfica para determinar la velocidad antes del choque.

12. Multiplica la velocidad por masa para obtener el impulso antes del choque.

13. Repita los pasos 11-12 justo después del accidente.

14. Reste el impulso final del impulso inicial para obtener un cambio en el impulso.

15. Ahora calcule el impulso experimentado durante el choque. Calcule el área bajo la curva de fuerza versus tiempo para obtener impulso o fuerza aplicada a lo largo del tiempo. Para obtener más información sobre el impulso, esta lección puede ayudarlo: Impulso: definición, ecuación, cálculo y ejemplos.

Solución de problemas

Si tiene problemas con la tecnología, como conectar los sensores, el software de recopilación de datos o crear el gráfico, consulte la sección de solución de problemas del manual o comuníquese con su línea de ayuda.

Asegúrese de que su pista esté perfectamente nivelada y que su carrito comience desde el reposo antes de empujarlo. Para que sus datos sean más precisos, puede ejecutar el experimento varias veces y tomar el promedio de sus valores.

Preguntas de discusión

¿Fueron los mismos valores para el impulso y el cambio en el impulso?

Si no fueran iguales, ¿qué errores experimentales crees que podrían explicar esto?

¿La teoría del impulso-momento fue apoyada por sus datos? ¿Como supiste?

Cómo funciona

La teoría de la cantidad de movimiento del impulso dice que el cambio en la cantidad de movimiento es igual al impulso del choque. Veamos por qué esto es cierto según algunos cálculos físicos. Si desea revisar primero la teoría del impulso-momento, puede ver esta lección en video: Momento e impulso: definición, teorema y ejemplos.

Primero, el momento es igual a la masa multiplicada por la velocidad. El impulso (J) es igual al cambio en el momento, pero también a la fuerza aplicada a lo largo del tiempo durante un choque. Según la segunda ley de Newton, la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración.

Dado que la aceleración es igual a un cambio en la velocidad con el tiempo, cuando la aceleración se divide por el tiempo en la ecuación de impulso, el tiempo se cancela. Lo que queda es la ecuación del momento: masa multiplicada por la velocidad.

Cálculos para la teoría del impulso-momento

Por lo tanto, si su experimento salió según lo planeado, el impulso debería ser igual al cambio en el momento.