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Conservación del ímpetu

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Conservación del ímpetu es una de las leyes más importantes en la física y es la base de muchos fenómenos en mecánica clásica.

Impulso, por lo general se denota por la letra p, es el producto de masa m y velocidad v. El principio de conservación del ímpetu indica que el cambio de un objeto en impulso o Δp, es cero siempre y cuando no se aplica ninguna fuerza externa neta.

Por el contrario, aplicando una fuerza externa neta, o net F, durante un período de resultados de tiempo de un cambio en el momentum para ese objeto. El fenómeno de la conservación del ímpetu puede aplicarse también a una colección de objetos, que lo hace útil para el estudio de la física de colisiones.

El objetivo de este experimento es poner a prueba el principio de conservación del ímpetu al observar colisiones entre objetos en movimiento.

Antes de adentrarse en el experimento de laboratorio, vamos a estudiar los principios básicos de conservación del ímpetu. Las leyes de Newton del movimiento son fundamentales para entender el principio de conservación del ímpetu. Para obtener más información, por favor, ver video de Ciencias de la educación de Zeus: leyes del movimiento de Newton.

Los conceptos de impulso pueden ser ilustrados usando una bola en una mesa de billar. Segunda ley de Newton dice que una fuerza neta aplicada por un palo de cue imparte una aceleración un a bola de masa m. Aceleración es el cambio de velocidad v sobre tiempo t. Por lo tanto, si pasamos tiempo al otro lado de la ecuación, nos quedamos con Δmv, o el cambio en ímpetu Δp. Por lo tanto, la fuerza neta da lugar a un cambio en el momentum.

Tenga en cuenta que la m en esta ecuación es generalmente constante, por lo que el cambio en momentum es dependiente en la diferencia de velocidades en los puntos de referencia inicial y final. Y puesto que la velocidad es una cantidad vectorial, un signo positivo o negativo se atribuye a su valor que indica la dirección del movimiento.

En el ejemplo de la bola, la velocidad inicial en el punto A, denotado por vA en esta ecuación, es cero. Mientras que la velocidad final en el punto B es positiva. Así, el cambio de momentum es positivo debido a la fuerza neta aplicada por el palo. Entonces, cuando la bola se está moviendo desde el punto B al punto C, suponiendo que hay no hay fuerzas externas actuando sobre el balón como resistencia del aire o fricción, Δp sería cero.

Tenga en cuenta que el impulso sólo puede conservarse en un sistema aislado - un sistema afectado por fuerzas externas netas.

, Cuando la bola se mueve desde el punto C y golpea el lado de la mesa en el punto D, su velocidad final llega a ser cero. Así, el cambio de ímpetu se convierte negativa manteniendo la misma magnitud que cuando la bola fue golpeada por el palo de cue. Por último, cuando la bola rebota de la pared, su velocidad final en el punto E es negativa debido a cambios de dirección. Sabemos que la velocidad inicial en el punto D es cero, por lo tanto el cambio en ímpetu sigue siendo negativo por el cambio en la dirección del movimiento.

Este fenómeno del cambio del ímpetu y conservación es útil para estudiar colisiones así, como entre dos bolas de billar. Tenga en cuenta que en este caso las dos bolas juntas serían tratadas como un sistema aislado. Por lo tanto, la suma de los ímpetus iniciales de los cuerpos antes de la colisión sería igual a la suma de sus ímpetus finales luego. También, el cambio de momentum de un cuerpo sea igual y opuesta a la de la otra - que refleja la tercera ley de Newton.

Tenga en cuenta que estas colisiones de bola de la piscina sería consideradas elásticas, lo que significa que tanto ímpetu y energía cinética o KE, del sistema, se conservan; pero este no es el caso siempre. De hecho, más comúnmente encontrado colisiones, como accidentes automovilísticos, son inelásticos y no puede obedecer a conservación del ímpetu porque energía cinética se pierde durante el impacto.

Ahora que hemos repasado los principios de conservación del ímpetu, vamos a ver cómo pueden aplicarse estos conceptos a un experimento de colisiones de planeadores en una pista sin fricción cerca.

Este experimento consiste en un equilibrio, dos temporizadores fotopuerta, dos planeadores de igual masa, pesos adicionales, un suministro de aire, una pista de aire con cortinillas y una regla.

En primer lugar, usar la balanza, medir las masas de los planeadores, el peso adicional y registrar estos valores. A continuación, conectar el aire a la pista de aire y enciéndala. Una pista de aire se utiliza para reducir la cantidad de fricción, lo que sería una fuerza externa sobre los planeadores.

Ahora comience a familiarizarse con el proceso de sincronización mediante la colocación de un planeador y un componente de uno de los temporizadores de la fotopuerta en la pista. Ajuste el temporizador a la posición de 'gate' y empujar la vela hacia la fotopuerta. Cuando la bandera por encima de la vela pasa a través de la fotopuerta grabará su tiempo de tránsito. Sabiendo que la bandera es de 10 centímetros de largo, divida esta distancia por el tiempo medido para llegar a la velocidad del planeador.

El planeador se rebotan en el parachoques lejos y volver a pasar otra vez por la fotopuerta. La fotopuerta muestra el tiempo de tránsito inicial y puede cambiarse a la configuración de 'leer' para mostrar el tiempo de tránsito de retorno. Repita el proceso de medir la velocidad del planeador durante los viajes iniciales y volver a familiarizarse con el proceso. Puesto que la velocidad es una cantidad vectorial, dejó la dirección inicial positivo y retorno negativo.

Coloque una segundo planeador y temporizador fotopuerta en la pista a la derecha de la primera serie. Con ala 2 en reposo, empuje planeador 1 para que los dos se chocan. Registrar la velocidad inicial de vela 1, así como las velocidades finales de cada vela. Tenga en cuenta que los ímpetus son medidos después de que se ha aplicado la fuerza impulsiva y el sistema está aislado. Repita este procedimiento tres veces para obtener conjuntos de datos múltiples.

A continuación, con los planeadores en sus posiciones originales, colocar un conjunto adicional de pesos en planeador 2 que duplica su masa. Repita el anterior conjunto de mediciones de velocidad para esta configuración masiva y registrar estos valores.

Por último, reiniciar los planeadores a sus posiciones originales y retire los pesos adicionales de vela 2. Para este conjunto de medidas, planeador 2 le dará una velocidad inicial tal que ambos planeadores recibirá un empuje antes de la colisión. Registrar las velocidades iniciales y finales en cada ala y repita este procedimiento tres veces.

Para el primer experimento con masas iguales y planeador 1 inicialmente móvil, modelo 1 viene a casi una parada completa después de chocar con vela 2. Y la velocidad del planeador 2 después de la colisión es similar a la velocidad del planeador 1 antes de la colisión. Así, el cambio en el impulso de una vela es igual y opuesta al cambio de ímpetu de la otra, que hace de este un buen ejemplo de la 3ª ley de Newton

Como era de esperar, los ímpetus iniciales y finales de todo el sistema son casi iguales, que reflejan la conservación del ímpetu. Discrepancias en los valores de estos ímpetus son consistentes con los errores esperados para este tipo de experimento como error de medida y la pista no es totalmente nivel.

Para el segundo experimento con masas desiguales, planeador 1 no viene a descansar después de la colisión con el planeador más pesado, pero cambia de dirección después de impartir algún impulso a vela 2.

Una vez más, los cambios de impulso de los planeadores son igual y opuesta mientras que se conserva el momentum del sistema total. Casi se conserva el momentum del sistema así como su energía cinética inicial y final. Esto es debido a la colisión es casi elástica y por lo tanto, están presentes las fuerzas de fricción externa insignificante.

Para el tercer experimento con planeadores de igual masa moviéndose en direcciones opuestas, los parapentes poseen similares ímpetus iniciales y luego invierta sus indicaciones después de chocar conservando sus magnitudes de ímpetus.

El impulso total del sistema se conserva aunque las discrepancias en los valores del impulso inicial y final son ligeramente mayores que los experimentos anteriores debido a la medición de la velocidad adicional necesaria y potencialmente mayores pérdidas debido a la fricción.

El principio de conservación del ímpetu, mientras que no generalmente considerado, es prominente en todas las maneras de las actividades y eventos. Sin impulso, propulsión del cohete de conservación no sería posible. Inicialmente el cohete y su combustible son inmóviles y tienen cero ímpetu.

Sin embargo, rápidamente expulsando combustible gastado que tiene masa e ímpetu, el cohete se propulsa hacia arriba, como resultado el impulso en la dirección opuesta del combustible desechado. Esto explica cómo cohetes pueden crear empuje y empuje en el aire o espacio sin empujar contra algo.

La descarga de un arma de fuego tiene una asociación notable con la conservación del ímpetu.

Como el sistema de combustible de cohetes, munición de arma de fuego también se inicia el sistema en reposo. Cuando la munición de la arma de fuego a una velocidad tremenda, tiene que ser oposición impulso para contrarrestarlo. Esto se conoce como retroceso y pueden ser muy poderosos.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a conservación del ímpetu. Ahora debería entender la conservación del ímpetu del principio y cómo esto puede ser aplicado para resolver problemas y entender la física de colisiones. ¡Como siempre, gracias por ver!

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