IV. C O L I S I O N E S

IV. C O L I S I O N E S

IV.1. COLISIONES FRONTALES.

META. Medir la masa de un objeto que es colisionado, aplicando la conservación del momentum en colisiones frontales en el riel de aire y calcular el coeficiente de restitución entre los deslizadores que chocan.

Completar con introducción y lo que falte.

IV.2. COLISIONES NO FRONTALES.

META: Mostrar como se determina la relación de masas en una colisión no frontal e ilustrar la conservación del momentum y de la energía cinética para colisiones elásticas.

Una manera de comparar las masas de dos objetos es provocando una colisión entre ellos.

Experimentalmente se observa que los vectores cambio de velocidad, producidos por la colisión, son paralelos y sentidos opuestos.

Por definición, el cociente que resulta de dividir las magnitudes de estos vectores es el inverso de la relación de las masas correspondientes.

Actividad Experimental: Con un dispositivo como el que se ilustra abajo, se trata de provocar una colisión no frontal entre una canica más grande (proyectil) que se deja rodar desde una altura predeterminada de la rampa, y una más pequeña (blanco), que estará inicialmente en reposo. 

Fig. 4.2 La canica roja que baja por la rampa, pega lateralmente a la canica verde y ambas caen al piso. Se marcan las posiciones en donde cayen ambas canicas y se trazan los vectores proporcionales a las componentes horizontales de velocidad de cada canica, a partir del punto directamente abajo de donde ocurre la colisión. Enseguida, se deja caer la canica roja, sin la canica verde como obstáculo y se marca donde cae. Se comprueba que la suma de producto de mr*vr + mv*vv = mr*V.  (Dejar este punto claro).     

Deberá tenerse cuidado en los siguientes detalles:

i) El tornillo que soporta al blanco deberá ajustarse para que en el momento de la colisión los centros de ambas canicas estén a la misma altura.

ii) El blanco deberá estar alejado lo suficiente para que en el momento del impacto la mitad de la canica grande, ya esté fuera de la rampa.

iii) Se deberá asegurar el soporte del blanco (apretando la pija) con objeto de repetir la colisión.

iv) Posteriormente se ajusta el soporte para variar el "ángulo de impacto" y se repete nuevamente el proceso.

La hipótesis fundamental es que las canicas emplean el mismo tiempo en caer y que por tanto los desplazamientos horizontales (alcances de las canicas) son directamente proporcionales a las componentes horizontales de las velocidades que se mantienen constantes durante la caída.

Así por ejemplo, si al hacer el experimento, se obtuviera un registro en el papel con marcas del origen, del alcance de la canica grande cuando no choca, del alcance de la canica grande después de que choca y del alcance de la pequeña, como el mostrado abajo, Se inferiría que Mp / Mb = [ Vb] / [ Vp] =

Ejercicio: Colisiones lentas y las leyes de newton.

Analizar el negativo de una fotografía estroboscópica de dos discos magnéticos, que interaccionan repeliéndose mutuamente. De ahí ilustrar las tres leyes de movimiento de Newton, destacando lo siguiente:

1. Cuando están más alejados que cierta distancia crítica, los discos siguen un movimiento rectilíneo uniforme, dentro de la incertidumbre experimental. Durante 10 exposiciones se aprecia como ambos discos sufren aceleraciones ya que cambian continuamente la dirección de su movimiento. Posteriormente cuando vuelven a alejarse uno del otro mantiene cada uno un movimiento rectilíneo uniforme.

2. Los respectivos cambios de velocidad son colineales y opuestos, pero la magnitud del cambio de velocidad del disco de masa doble es la mitad que la del otro. Otro tanto se puede decir acerca de las aceleraciones medias. Por lo que respecta a las fuerzas medias ejercidas sobre cada disco puede inferirse que fueron opuestas y de igual magnitud.

3. Si se marcan las posiciones que fue ocupando el centro de masa del sistema (formado por los dos discos) puede verse que el CM mantiene una velocidad constante (magnitud y dirección) antes, durante y después de la colisión. De ahí se infiere que en cada instante, durante la interacción, la fuerza que el disco "A" ejerció sobre el disco "B" era de igual magnitud y sentido opuesto a la fuerza que el disco B ejerció sobre "A". Esta última aseveración corresponde precisamente a la tercera ley de Newton que en la literatura se le conoce comúnmente como la ley de " acción y reacción", pero es preferible referirse a ella como la "ley de interacción de Newton"

4. También puede inferirse que la colisión fue elástica, comparando la magnitud de las velocidades relativas, antes y después de la colisión.

5. Finalmente podría describirse la colisión desde un marco de referencia que se mueva con la velocidad (magnitud y dirección) del centro de masa. Ahí se mostraría que la colisión siempre es frontal vista desde el CM, que el momentum del sistema vale cero y que la energía cinética del sistema tiene su valor mínimo (comparado con el que tendría en otro marco de referencia)

IV.3. COLISIONES LENTAS Y CENTRO DE MASA.

METAS. Mostrar que el CM tiene un MRU durante la colisión y de ahí inferir la validez de la tercera ley de Newton. Analizar la colisión desde el sistema de referencia del CM. De la no conservación de la EC del sistema durante la colisión elástica, establecer el concepto de energía potencial o energía de configuración.

IV. 4 DOS MASAS UNIDAS CON UN RESORTE

METAS. Mostrar que el CM tiene un MRU durante la implosión y determinar a partir del CM las fuerzas que se ejercen sobre las masas del sistema. Dividir el resorte de constante en dos a partir del CM y determinar las constantes k1 y k2 de cada tramo de resorte para explicar las fuerzas que se ejercen en cada masa a los extremos del resorte.