Colisiones en una dimensión
En el experimento se emplea el riel sin fricción y el sistema de adquisición PASCO para demostrar el comportamiento del momento lineal y de la energía cinética a lo largo de una colisión entre dos objetos. Se estudian los casos en donde la colisión es elástica y completamente inelástica.
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Materiales
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Descripción del experimento
En el montaje experimental se disponen dos sensores de movimiento en los extremos del riel sin fricción y se configura el sistema de adquisición para que registre la posición de cada carro respecto al extremo izquierdo del riel. Una vez que el sistema de adquisición se inicia, se ubican los carros, uno se ubica en la mitad del riel y el otro en uno de los extremos, finalmente se da un impulso inicial al carro del extremo de tal forma que colisionan en el punto medio del riel.
En los extremos de los carros que hacen contacto al chocar se ponen diferentes elementos que definen el tipo de colisión y por ende el resultado final del experimento.
Caso 1: Colisión elástica
La siguiente gráfica presenta el resultado obtenido para una colisión de tipo elástico. Para generar este tipo de colisión se ponen soportes con cauchos en los extremos de los carros que entran en contacto.
En el experimento el carro #1 está en reposo y el carro #2 se mueve hacia este con velocidad constante. En la gráfica se presenta la posición y velocidad del carro #1 (indicada en azul) y la posición y velocidad del carro #2 (indicada en rojo). A partir de la velocidad de cada carro y de la masa (en este caso es igual a 202gr para cada carro) se obtiene el momento lineal total P y la energía cinética total K del sistema compuesto por los dos carros.
Del resultado de la colisión se observa que el momento lineal permanece constante. Por otro lado, la energía cinética al inicio de la colisión es, por muy poco, mayor a la energía cinética final. Durante la primera parte de la colisión (1,4s < t < 1,7s) ocurre que la banda elástica se comprime; durante este pequeño intervalo de tiempo gran parte de la energía cinética inicial se convierte en energía potencial elástica. Posteriormente (1,7s < t < 2,2s), la banda elástica retorna a su posición inicial convirtiendo gran parte de la energía potencial el elástica almacenada en energía cinética.
El experimento ilustra una colisión que puede considerarse elástica gracias a que el momento lineal permanece constante al igual que la energía cinética antes y después de la colisión.
Caso: Colisión completamente inelástica
Para generar una colisión completamente inelástica se ponen soportes con plastilina en los extremos de los carros que entran en contacto.
En el experimento el carro #1 está en reposo y el carro #2 se mueve hacia este con velocidad constante. En la gráfica se presenta la posición y velocidad del carro #1 (indicada en azul) y la posición y velocidad del carro #2 (indicada en rojo). A partir de la velocidad de cada carro y de la masa (en este caso es igual a 202gr para cada carro) se obtiene el momento lineal total P y la energía cinética total K del sistema compuesto por los dos carros.
Del resultado de la colisión se observa que el momento lineal permanece constante; sin embargo a diferencia del caso elástico, la energía cinética después de la colisión es menor a la energía cinética inicial. Se encuentra que parte de la energía cinética inicial se emplea en deformar la plastilina presente en los soportes.
El experimento ilustra una colisión de tipo completamente inelástico que se caracteriza porque los cuerpos que chocan quedan unidos al final de la colisión, el momento lineal permanece constante y parte de la energía cinética inicial se emplea en deformar la plastilina que une los carros después de la colisión.
