GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA
ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA
Choques
Se caracteriza un choque elástico porque hay conservación de
dos magnitudes antes y después del choque y éstas son la cantidad de movimiento
y la energía cinética.
Supongamos una esfera de masa m1 y velocidad
que alcanza y choca
frontalmente con otra esfera de masa m2 y velocidad
. Después del choque las velocidades de las esferas son
y
respectivamente. Considerando que las colisiones se producen en
la misma recta y que son elásticas la aplicación de los dos principios de
conservación conduce a las ecuaciones escalares.
De ellas se deduce:
Dividiendo miembro a miembro:
Llevando esta última relación a la expresión
de la cantidad de movimiento conduce a:
(1)
La Figura 1 representa cómo se efectúan los choques en nuestro experimento
m1 es una bola de hierro de masa 67,2 gramos atada a una cuerda y que se comporta como un péndulo, m2 es una esfera que se encuentra en reposo, v2 = 0. La bola 1 se mantiene a cierta altura h por acción de un electroimán. Cuando se corta la corriente del electroimán la bola 1 oscila y choca frontalmente con la esfera 2. Después del choque la bola 2 describe en el aire una parábola.
A partir de esa parábola se determina la velocidad de salida de la masa 2, esto es, v2d. Luego se compara esa velocidad con la proporcionada por la ecuación (1), que al ser v2 = 0 resulta:
v1 se calcula midiendo la altura h y aplicando el principio de con-servación de la energía mecánica
Las bolas reales al colisionar se aproximan a un compor-tamiento elástico, pero eviden-temente no se logra alcanzar esa situación ideal.
Durante el experimento se utiliza la misma bola m1 y se deja caer siempre desde la misma altura h, esto significa, que en los distintos experimentos la velocidad v1 es siempre la misma, pero la masa m2 se cambia utilizando bolas de distintos materiales.
Foto del montaje del sistema
m1 es una bola de hierro de masa 67,2 g, m2 es una bola de goma maciza de masa m2 =15,8 g.
El intervalo temporal entre dos posiciones consecutivas es 0,0325 segundos.
Tome unos ejes coordenados centrados sobre la esfera m2 (vea la figura 1). Mida el factor de escala mediante la cuadrícula. Tenga en cuenta que el lado real de cada cuadrado es 0,10 metros.
Factor
de escala:
Mida la altura h1 en la fotografía, que es la distancia desde el extremo izquierdo que ocupa la bola del péndulo hasta el centro de la bola que está en reposo. Con ayuda del factor de escala determine el valor de la altura real h. Utilice la expresión siguiente para calcular v1.
Determine las coordenadas x de la masa m2 y anote los resultados en la Tabla 2. Complete la Tabla.
Tabla 2
x/cm en la foto
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x/m en la
realidad
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Tiempo/s
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Con ayuda de la hoja de cálculo dibuje la
gráfica posición(x) – tiempo(t) y
obtenga la velocidad experimental de la
bola v2d. Calcule la velocidad v2d teórica aplicando la
formula 1.
Velocidad experimental , v2d/m.s-1
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Masa, m2 / kg
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v2d teórica/m.s-1
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Tercera fotografía
m1 es una bola de hierro de masa 67,2 g, m2 es una esfera de hierro de masa m2 = 49,7 g.
El intervalo temporal entre dos posiciones consecutivas es 0,032 segundos.
Tome unos ejes coordenados centrados sobre la esfera m2 (vea la figura1). Mida el factor de escala mediante la cuadrícula. Tenga en cuenta que el lado real de cada cuadrado es 0,10 metros.
Factor de escala:
Mida la altura h1 en la fotografía, que es la distancia desde el extremo izquierdo que ocupa la bola del péndulo hasta el centro de la bola que está en reposo. Con ayuda del factor de escala determine el valor de la altura real h. Utilice la expresión siguiente para calcular v1.
Determine las coordenadas x de la masa m2y anote los resultados en la Tabla 4. Complete la Tabla
Tabla
4
x/cm en la foto
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x/m en la
realidad
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Tiempo/s
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Con ayuda de la hoja de cálculo dibuje la
gráfica posición(x) – tiempo(t) y
obtenga la velocidad experimental de la
bola v2d. Calcule la
velocidad v2d teórica
aplicando la formula 1.
Velocidad experimental, v2d /m.s-1
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Masa, m2 / kg
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v2d teórica/m.s-1
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Quinta fotografía
Primera fotografía para toma de datos
m1 es una bola de hierro de masa 67,2 g, m2 es una pelota de golf de masa m2 = 45,2 g.
El intervalo temporal entre dos posiciones consecutivas es 0,0325 segundos.
Tome unos ejes coordenados centrados sobre la esfera m2 (vea la figura 1). Mida el factor de escala mediante la cuadrícula. Tenga en cuenta que el lado real de cada cuadrado es 0,10 metros.
Factor
de escala:
Mida la altura h1 en la fotografía, que es la distancia desde el extremo izquierdo que ocupa la bola del péndulo hasta el centro de la bola que está en reposo. Con ayuda del factor de escala determine el valor de la altura real h. Utilice la expresión siguiente para calcular v1.
Determine las coordenadas x de la masa m2 y anote los resultados en la Tabla 3. Complete la Tabla.
Tabla
3
x/cm en la foto
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x/m en la
realidad
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Tiempo/s
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Con ayuda de la hoja de cálculo dibuje la
gráfica posición(x) – tiempo(t) y
obtenga la velocidad experimental de la
bola v2d. Calcule la
velocidad v2d teórica
aplicando la ecuación 1.
Velocidad experimental, v2d /m.s-1
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Masa, m2 / kg
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v2d teórica/m.s-1
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Cuarta
m1 es una bola de hierro de masa 67,2 g, m2 es una bola de corcho de masa m2 =1,08 g.
El intervalo temporal entre dos posiciones consecutivas es 0,032 segundos.
Tome unos ejes coordenados centrados sobre la esfera m2 (vea la figura 1). Mida el factor de escala mediante la cuadrícula. Tenga en cuenta que el lado real de cada cuadrado es 0,10 metros.
Factor de escala:
Mida la altura h1 en la fotografía, que es la distancia desde el extremo izquierdo que ocupa la bola del péndulo hasta el centro de la bola que está en reposo. Con ayuda del factor de escala determine el valor de la altura real h. Utilice la expresión siguiente para calcular v1.
Determine las coordenadas x de la masa m2 y anote los resultados en la Tabla 1. Complete la Tabla.
Tabla 1
x/cm en la foto
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x/m en la
realidad
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Tiempo/s
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Con ayuda de la hoja de cálculo dibuje la
gráfica posición(x) - tiempo(t) y
obtenga la velocidad experimental de la
bola v2d. Calcule la velocidad v2d teórica aplicando
la ecuación 1.
Velocidad experimental , v2d/m.s-1
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Masa, m2 / kg
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v2d teórica/m.s-1
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Segunda fotografía
m1 es una bola de hierro de masa 67,2 g, m2 es una esfera de hierro de masa m2 = 63,7 g.
El intervalo temporal entre dos posiciones consecutivas es 0,0325 segundos.
Tome unos ejes coordenados centrados sobre la esfera m2 (vea la figura 1). Mida el factor de escala mediante la cuadrícula. Tenga en cuenta que el lado real de cada cuadrado es 0,10 metros.
Factor
de escala:
Mida la altura h1 en la fotografía, que es la distancia desde el extremo izquierdo que ocupa la bola del péndulo hasta el centro de la bola que está en reposo. Con ayuda del factor de escala determine el valor de la altura real h. Utilice la expresión siguiente para calcular v1.
Determine las coordenadas x de la masa m2 y anote los resultados en la Tabla 5. Complete la Tabla.
Tabla 5
x/cm en la foto
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x/m en la
realidad
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Tiempo/s
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Con ayuda de la hoja de cálculo dibuje la
gráfica posición(x) – tiempo(t) y
obtenga la velocidad experimental de la
bola v2d. Calcule la
velocidad v2d teórica
aplicando la formula 1.
Velocidad experimental, v2d /m.s-1
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Masa, m2 / kg
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v2d teórica/m.s-1
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Los valores obtenidos anteriormente los
sitúa en la Tabla 6 y completa los datos que se piden. El valor teórico de la
aceleración ax se
calcula mediante la ecuación (1). El valor teórico de ay es el doble de ax.
Tabla 6
Velocidad experimental, v2d /ms-1
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Masa, m2/kg
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Velocidad
teórica v2d /ms-1
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1/v2d(teórica)
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1/v2d(experimental)
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Gráficas
a) En un mismo gráfico represente v2d teórica (eje Y) frente a m2 (eje X) y v2d experimental (eje Y)
frente a m2 (eje X).
b) En un mismo gráfico represente 1/v2d teórico (eje Y) frente a m2 (eje X) y 1/v2d experimental (eje Y) frente a m2 (eje X).
Deduzca que una de las gráficas se ajusta mediante una línea recta y compruebe los
valores de su pendiente y de su ordenada en el origen.
Figura 1