En esta clase de Física para estudiantes de colegios secundarios vamos a continuar con la clase anterior, de CANTIDAD DE MOVIMIENTO.
Conservación de la cantidad de movimiento
De la segunda ley de Newton sabemos qeu si deseamos acelerar un objeto, debemos aplicarle una fuerza neta. En esta clase dijimos casi lo mismo, aunque con otras palabras. Para cambiar la cantidad de movimiento de un objeto debemos aplicarle un impulso.
Únicamente un impulso externo a un sistema puede cambiar la cantidad de movimiento del sistema. Las fuerzas y los impulsos internos no lo harán. Por ejemplo, las fuerzas moleculares en el interior de una pelota de béisbol no tienen efecto alguno sobre la cantidad de movimiento en ella. Ocurren en pares en equilibrio que se anulan. Se requiere una fuerza externa que actúe sobre la pelota.
Como ejemplo piensa en un cañón que dispara. La fuerza sobre la bala dentro del cañón es igual y opuesta a la fuerza que causa que el cañón de un culataso. Recuerda la tercera ley de Newton sobre las fuerzas de acción y de reacción . También se aplica al impulso. Los impulsos son internos al sistema que abarca la bala y al cañón, de manera que no cambian la cantidad de movimiento del sistema bala-cañón. Antes del disparo la cantidad de movimiento neta o total era cero. Después del disparo, la cantidad de movimiento neta sigue siendo cero. No se ganó ni se perdió cantidad de movimiento.
Cuando no cambia la cantidad de movimiento decimos que se conserva. La idea de que la cantidad de movimiento se conserva cuando no actúan fuerzas externas constituye una ley fundamental de la mecánica, llamada la LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO, que establece que:
"En ausencia de una fuerza externa, la cantidad de movimiento de un sistema permanece sin cambio"
Si en un sistema donde todas las fuerzas son internas (como por ejemplo, autos que chocan, núcleos atómicos que experimentan decaimiento radiactivo o estrellas que estallan), la cantidad de movimiento neta del sistema es la misma antes y después del evento.
La cantidad de movimiento se conserva en los choques, es decir, la cantidad de movimiento neta de un sistema de objetos que chocan no cambia antes, durante ni después de la colisión. Esto se debe a que las fuerzas que actúan durante el choque son fuerzas internas, que actúan y reaccionan dentro del sistema mismo.
CANTIDAD DE MOVIMIENTO NETA ANTES DEL CHOQUE=CANTIDAD DE MOVIMIENTO NETA DESPUÉS DEL CHOQUE
Esto es cierto, independientemente de la forma en que se muevan los objetos antes de chocar.
Cuando una bola de billar rueda y choca de frente con otra que está en reposo, la que rodaba se detiene y la otra bola avanza con la rapidez que tenía la bola que la chocó. A esto se le llama choque elástico; en el caso ideal, los objetos que chocan rebotan sin tener deformación permanente y sin generar calor. Pero la cantidad de movimiento se conserva hasta cuando los objetos que chocan se enredan entre sí durante el choque. A esto se le llama CHOQUE INELÁSTICO.
"En ausencia de una fuerza externa, la cantidad de movimiento de un sistema permanece sin cambio"
Si en un sistema donde todas las fuerzas son internas (como por ejemplo, autos que chocan, núcleos atómicos que experimentan decaimiento radiactivo o estrellas que estallan), la cantidad de movimiento neta del sistema es la misma antes y después del evento.
La cantidad de movimiento se conserva en los choques, es decir, la cantidad de movimiento neta de un sistema de objetos que chocan no cambia antes, durante ni después de la colisión. Esto se debe a que las fuerzas que actúan durante el choque son fuerzas internas, que actúan y reaccionan dentro del sistema mismo.
CANTIDAD DE MOVIMIENTO NETA ANTES DEL CHOQUE=CANTIDAD DE MOVIMIENTO NETA DESPUÉS DEL CHOQUE
Esto es cierto, independientemente de la forma en que se muevan los objetos antes de chocar.
Cuando una bola de billar rueda y choca de frente con otra que está en reposo, la que rodaba se detiene y la otra bola avanza con la rapidez que tenía la bola que la chocó. A esto se le llama choque elástico; en el caso ideal, los objetos que chocan rebotan sin tener deformación permanente y sin generar calor. Pero la cantidad de movimiento se conserva hasta cuando los objetos que chocan se enredan entre sí durante el choque. A esto se le llama CHOQUE INELÁSTICO.
El choque inelástico se caracteriza por la deformación permanente o la generación de calor, o por ambas cuestiones. En un choque perfectamente inelástico, ambos objetos se adhieren. Por ejemplo, imagina el caso de un vagón que se mueve por una vía y choca contra otro que está en reposo. Si los dos tienen igual masa y se acoplan en el choque, ¿se puede calcular la velocidad de los carros enganchados después del impacto?
Supongamos que el primer vagón se mueve a 10m/s, y que la masa de cada vagón es m. Entonces, de acuerdo con la conservación de la cantidad de movimiento: (siendo a=antes y d=después)
Con operaciones algebraicas sencillas, V=5m/s. Esto tiene sentido, porque después del choque se mueve el doble de masa, y la velocidad debe ser la mitad de la que había antes de la colisión.
Observa la importancia de la dirección en estos casos. Como en el caso de cualquier par de vectores, las cantidades de movimiento en la misma dirección tan sólo se suman. Si dos objetos se están acercando, se considera que una de las cantidades de movimiento es negativa y las dos se combinan por sustracción o resta.
Observa las colisiones inelásticas de la imagen de abajo. Si A y B se mueven con cantidades de movimiento iguales, pero en direcciones opuestas (A y B chocan de frente), entonces se considera que una de ellas en negativa, y las dos se suman, y su resultado es cero. Después del choque, la chatarra unida queda en el punto de impacto y su cantidad de movimiento es cero.
Si, por otro lado A y B se mueven en la misma dirección (A alcanza a B), la cantidad de movimiento neta no es más que la suma de las cantidades de movimiento individuales.
Sin embargo, si A se mueve hacia al este con, digamos 10 unidades más de cantidad de movimiento que B, que se mueve hacia el oeste, después del choque la chatarra enredada se mueve hacia el éste con 10 unidades de cantidad de movimiento. El montón llega finalmente al reposo, en forma natural, por la fuerza externa de fricción sobre el piso.
No obstante, el tiempo del impacto es corto, y la fuerza del impacto del choque es mucho mayor que la fuerza externa de fricción, por que la cantidad de movimiento inmediatamente antes y después del choque, para fines prácticos, se conserva. La cantidad de movimiento neta justo antes de que choquen los camiones (10 unidades) es igual a la cantidad de movimiento combinada de la chatarra de camiones inmediatamente después del impacto (10 unidades)
Se aplica el mismo principio a las naves espaciales que se acoplan suavemente, donde la fricción está ausente por completo. Su cantidad de movimiento justo antes del acoplamiento se conserva como cantidad de movimiento justo después de acoplamiento.
PROBLEMAS DE REPASO:
- ¿Qué tiene mayor cantidad de movimiento, un pesado camión parado o una patineta en movimiento?
- ¿En qué se diferencian impulso y fuerza?
- Para detener un supertanque petrolero, se suelen parar sus motores más o menos a 25km de puerto ¿Por qué es tan difícil detener o girar un supertanque?
About Ana Emilia de Orellana
Hola! "Los Puntos De Apoyo" es un blog construido para brindarle material de estudio a todo aquel que se encuentre en el colegio secundario, cursando el ingreso a la universidad, o bien en una carrera de grado. Asimismo compartiremos noticias y material divertido para los amantes de física como nosotros. Disfruta!
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