Choque inelástico
27 abr, 2012
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PDFPerdiendo movimiento
PRESENTACIÓN: Una colisión es un proceso en el que dos objetos interaccionan en un intervalo de tiempo muy breve y se rigen por los principios de conservación de la energía y de la cantidad de movimiento. Si la interacción es inelástica la energía se transforma en calor o deformación y no se recupera para el movimiento.
- 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)
INTRODUCCIÓN: Un choque inelástico es un tipo de colisión en la que la energía cinética no se conserva. Como consecuencia, los cuerpos que colisionan pueden sufrir deformaciones y aumento de su temperatura.
En este tipo de choque existe una disipación de energía, ya que tanto el trabajo realizado durante la deformación de los cuerpos como el aumento de su energía interna se obtiene a costa de la energía cinética de los mismos antes del choque. En cualquier caso, aunque no se conserve la energía cinética, si se conserva el momento lineal total del sistema. Históricamente el concepto de cantidad de movimiento surgió en el contexto de la mecánica newtoniana en estrecha relación con el concepto de velocidad y el de masa. En mecánica newtoniana se define la cantidad de movimiento lineal como el producto de la masa por la velocidad.
MATERIALES: dos bolas, velcro adhesivo, cuerda, soporte.
MONTAJE: Se suspenden del soporte las dos bolas unidas con una cuerda o cable. Se colocan en una posición inicial en la que una de las bolas esté colgada en vertical y la otra en horizontal (formando un ángulo de 90º). En un determinado momento se suelta la bola que está en horizontal y se dejan chocar las dos bolas. Después del choque ambas bolas han de desplazarse unidas. Haciendo los cálculos pertinentes se demostrará que se conserva el momento lineal pero no la energía cinética.
OBJETIVO: Demostrar la conservación del momento lineal en un choque inelástico entre dos bolas.
EXPLICACIÓN: Las dos bolas, impactan con choque inelástico, así al lanzar la primera bola con un ángulo de 90º, el centro de masas de la segunda ha de llegar a ¼ de la altura del centro de masas de la primera, lo que supone un desplazamiento de 41º con respecto a la vertical. El momento lineal se conserva, pero no así la energía mecánica, pues la energía cinética se transforma en calor o en una deformación, aumentando la energía interna de la bola que recibe el impacto.
CONCEPTOS: conservación momento lineal, mecánica newtoniana, disipación de energía cinética, cantidad de movimiento, impulso mecánico, choque inelástico.
MÁS 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
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ALUMNADO 2010-2011: Sergio Calvar, Samuel Presa, Iago Pulleiro
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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.