Choque inelástico
27 Apr, 2012
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PDFPerdendo movemento
PRESENTACIÓN: Unha colisión é un proceso no que dous obxectos interaccionan nun intervalo de tempo moi breve e réxense polos principios de conservación da enerxía e da cantidade de movemento. Se a interacción é inelástica a enerxía transfórmase en calor ou deformación e non se recupera para o movemento.
- Elastic and Inelastic Collisions, Paul Gluck, Phys. Teach. 48, 158 (2010)
- A momentum transfer demonstration with ‘‘happy/unhappy’’ balls, Fred Bucheit, Phys. Teach. 32, 28 (1994)
INTRODUCIÓN: Un choque inelástico é un tipo de colisión na que a enerxía cinética non se conserva. Como consecuencia, os corpos que chocan poden sufrir deformacións e aumento da súa temperatura.
Neste tipo de choque existe unha disipación de enerxía, xa que tanto o traballo realizado durante a deformación dos corpos como o aumento da súa enerxía interna obtense á conta da enerxía cinética dos mesmos antes do choque. En calquera caso, aínda que non se conserve a enerxía cinética, si se conserva o momento lineal total do sistema. Historicamente o concepto de cantidade de movemento xurdiu no contexto da mecánica newtoniana en estreita relación co concepto de velocidade e o de masa. En mecánica newtoniana defínese a cantidade de movemento lineal como o produto da masa pola velocidade.
MATERIAIS: dos bólas, velcro adhesivo, corda, soporte.
MONTAXE: Suspéndense do soporte as dúas bólas unidas cunha corda ou cable. Colócanse nunha posición inicial na que unha das bólas estea colgada en vertical e a outra en horizontal (formando un ángulo de 90º). Nun determinado momento sóltase a bóla que está en horizontal e déixanse chocar as dúas bólas. Despois do choque ambas bólas desprazaranse xuntas. Facendo os cálculos pertinentes demostrarase que se conserva o momento lineal pero non a enerxía cinética.
OBXECTIVO: Demostrar a conservación do momento lineal nun choque inelástico entre dúas bólas.
EXPLICACIÓN: As dúas bólas, impactan con choque inelástico, así ao lanzar a primeira bóla cun ángulo de 90º, o centro de masas da segunda ha de chegar a ¼ da altura do centro de masas da primeira, o que supón un desprazamento de 41º con respecto á vertical. O momento lineal consérvase, pero non así a enerxía mecánica, pois a enerxía cinética transfórmase en calor ou nunha deformación, aumentando a enerxía interna da bóla que recibe o impacto.
CONCEPTOS: conservación momento lineal, mecánica newtoniana, disipación de enerxía cinética, cantidade de movemento, impulso mecánico, choque inelástico.
MÁIS INFORMACIÓN:
TEXTOS :
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología , Reverté, 2012.
- F. Beer, J.J. Johnston, Mecánica vectorial para ingenieros, Mc Graw-Hill, 2005.
- S.M. Lea, J.R. Burke, Física. La naturaleza de las cosas, Thomson, 1999.
- W.F. Riley, L.D. Sturges, Ingeniería mecánica, Reverté, 1999.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
ALUMNADO 2011-2012: Laura Gómez, Patricia Gómez, Nicolás González, Fátima González
ENLACE pdf ALUMNADO (en castelán):
ALUMNADO 2010-2011: Sergio Calvar, Samuel Presa, Iago Pulleiro
ENLACE pdf ALUMNADO (en castelán):
6 responses to "Choque inelástico"
En el siguiente enlace hay una pequeña explicación de los distintos tipos de choques y varias simulaciones de los distintos tipos de choques. Un choque físico o mecánico es percibido por una repentina aceleración o desaceleración causada normalmente por un impacto, por ejemplo, de una gota de agua, aunque también una explosión causa choque; cualquier tipo de contacto directo entre dos cuerpos provoca un choque. Lo que mayormente lo caracteriza es la duración del contacto que, generalmente, es muy corta y es entonces cuando se transmite la mayor cantidad de energía entre los cuerpos. La mecánica de choque tiene el potencial de dañar y deformar. Un ejemplo práctico de una colisión inelástica se utiliza para detectar el glaucoma, un padecimiento en el que la presión interior del ojo se acumula y origina ceguera al dañar las células de la retina. En esta aplicación, los médicos utilizan un dispositivo llamado tonómetro para medir la presión dentro del ojo. Este aparato lanza un soplo de aire contra la superficie exterior del ojo y mide la rapidez del aire reflejado por el ojo. A medida que aumenta la presión en el interior del ojo, la superficie exterior se hace más rígida y se incrementa la rapidez del impulso reflejado. De esta manera, la rapidez del soplo de aire reflejado sirve para medir la presión interna del ojo.
La transformación de parte de la energía cinética en calor en un choque inelástico (por ejemplo, hacer colisionar un proyectil metálico contra un suelo de cemento) se puede observar experimentalmente con una cámara termográfica. De esta manera, se observará que tras el impacto, tanto en el proyectil como en la zona del suelo afectada por el choque se produce un aumento de temperatura. Por otra parte, si observamos con la cámara termográfica un choque elástico, como el de dos bolas de billar, observaremos que la temperatura de las bolas no varía significativamente después del choque debido a que se conserva la energía cinética total del sistema de cuerpos durante la interacción.
Esta diferencia entre choque inelástico e elástico ten que estar moi clara na mente de todo estudante de física, así como o feito de que en todo choque se ten que conservar a enerxía total do sistema. Deste xeito, se se perde enerxía cinética nun choque inelástico, esta transformouse noutro tipo de enerxía: enerxía térmica, enerxía potencial de calquera tipo, enerxía vibracional… De feito a nivel microscópico a enerxía térmica, a vibracional e outras non deixan de ser enerxía cinética relacionada co movemento das moléculas que constitúen o obxecto. Esta visión dos choques está apoiada por algo tan fundamental como a conservación da enerxía ou o primeiro principio da termodinámica, e é tan extendida e útil que se aplica en todos os ámbitos da física, incluído as colisións de partículas a velocidades relativistas.
En este experimento se puede ver como como cuando chocan 2 bolas, se produce una perdida de energía en forma de calor, produciendo una pequeña quemadura en un papel. Este experimento es una forma sencilla de ver como se pierde energía en forma de calor cuando hay un choque.
El siguiente vídeo que he encontrado sobre choques elásticos e inelásticos resulta ameno y muy explicativo. Además, es reseñable como los alumnos demuestran un gran interés en las explicaciones y demostraciones del profesor, lo que probablemente no ocurriría si se limitase a una explicación teórica. Esto demuestra que es recomendable apoyar las lecciones con experimentos o prácticas.
La verdad es que después de ver este video y leer la explicación, sigo sin entenderlo. Debe ser por que mi formación no es en física pura.