Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental

Laboratorio IES Ibáñez Martín http://www.iesimartin.com

APARATO PARA LAS LEYES DEL CHOQUE OBLICUO

COLECCIÓN

Mecánica

FUNCIONAMIENTO

Consta de una superficie plana semicircular sostenida por medio de tornillos. En su centro hay un plano vertical perpendicular a la superficie y provisto de una escala graduada que nos indica el ángulo de incidencia del choque y con el que sale la esferilla después del mismo. Si desde un cañoncito se despide con cierta violencia una esferilla de marfil contra la superficie vertical, se observa que después del choque sale en una dirección tal que forma a la izquierda del cero de la graduación un ángulo igual al de la derecha, sea cualquiera la posición en la que se sitúe el cañoncito.

FUNDAMENTO

TEÓRICO

A. Choque elástico no oblícuo. En el siguiente esquema del choque se reflejan las masas y las velocidades antes y después del choque, así como las direcciones (=>)

m1 ===v1===>m2===v2===> ANTES DEL CHOQUE    m1 ===v'1===>m2===v'2===>DESPUÉS DEL CHOQUE

Como se trata de un choque elástico se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal (p = mv). También se conserva la energía cinética del sistema (E = ½ mv²). Si aplicamos las dos ec. de conservación, tenemos:

m1 v1 + m2 v2 = m1 v'1 + m2 v'2 ( ecuación vectorial )        ½ m1 v1 ² + ½ m2 v2 ² = ½ m1 v'1² + ½ m2 v'2 ² ( ecuación escalar ) CUYA SOLUCIÓN ES:

v'1 = v1 ( m1 - m2 ) / ( m1 + m2 ) + v2 2m2 / ( m1 + m2 )           v'2 = v1 2m1 / ( m1 + m2 ) + v2 ( m2 - m1 ) / ( m1 + m2SACANDO CONCLUSIONES:

PRIMERA: Si las dos masas de los cuerpos son ( m1 = m2 ): v'1 = vy  v'2 = v1 Los cuerpos intercambian sus velocidades. SEGUNDA: Si además, uno de ellos, por ejemplo el cuerpo 1, o el 2, está en reposo (v2 = 0) tenemos: v'1 = 0  y  v'2 = v1  El 1º se detiene al chocar y el 2º adquiere la misma velocidad que llevaba el 1º.  TERCERA: Si la masa inicialmente en reposo es mayor que la otra ( m2 >>>m1 ) se tiene: v'1= - v1  y  v'2=0 (La 1ª invierte su velocidad mientras que la 2ª se mantiene en reposo. CUARTA: Una de las masas es ligeramente mayor que la otra (m2>m1) y la segunda en reposo (v2=0), v'1=v1(m1-m2)/(m1+m2)    v'2=v12m1/(m1+m2). Se ve que conforme aumentamos la masa del cuerpo 1 (m1 ) y disminuimos la del 2º ( m2 ) manteniendo constante la velocidad inicial ( v1 ) tenemos mayores velocidades finales, así que el choque será mayor. Si las masas no varías y subimos la velocidad  ( v1 ) obtenemos una mayor velocidad de retroceso ( - v'1 ) e imprimimos mayor velocidad a la segunda masa .

B. Choque inelástico. Llamemos m a la masa del cuerpo menor y M a la del mayor ( m < M )  Después del choque continúan los dos cuerpos juntos en movimiento:

m ===v===>M===V===>ANTES DEL CHOQUE           m+M===V===>DESPUÉS DEL CHOQUE

Se conserva la cantidad de movimiento (choque inelástico) pero no la energía cinética. Esta se transforma en energía de deformación y calorífica. m v + M V = ( m + M ) V'   Si (V=0) en el que segundo cuerpo permanecía en reposo antes del choque se deduce que:    V' = m v / ( m + M )   Deducimos que la velocidad final de los dos cuerpos después del choque sube a medida que aumentemos la masa m y la velocidad v y se disminuya la masa M.

APPLET

Choque en dos dimensiones Applet de Ángel Franco García. UPV. www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/con_mlineal/choques2/choques2.htm

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. Sexta edición. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886.

(C) Angel Franco García. Universidad del País Vasco (España) www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/con_mlineal/choques2/choques2.htm

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