CHOQUE DE DOS CARRITOS CON IMPULSO DEL PRIMERO SOBRE EL SEGUNDO


Experimentos realizados por alumnos de Bachillerato en el IES Leonardo Da Vinci de Alicante.

 
 
PROPÓSITO DEL EXPERIMENTO. PREDICCIÓN
DISEÑO EXPERIMENTAL Y CLIP DE VIDEO
RESULTADOS Y SU ANÁLISIS
ARCHIVOS DE DATASTUDIO

 

 

 

PROPÓSITO DEL EXPERIMENTO Y PREDICCIÓN

 
 

Se quiere estudiar el choque de dos carritos provocando una situación en la que se puede prever de forma muy sencilla el resultado experimental mediante la aplicación del principio de conservación de la cantidad de movimiento. La situación elegida es un choque de un carrito sobre otro, inicialmente en reposo, procurando que, como producto del choque el primero quede detenido y el segundo salga impulsado. Los estudiantes tienen que resolver el problema antes de hacer el experimento, cuyo objetivo será comprobar si las velocidades medidas de los carritos, antes y después de chocar son acordes a la predicción teórica.

 

En este caso es sencillísimo expresar la cantidad de movimiento del sistema que forman los dos carritos antes y después de chocar, puesto que, si se da la situación deseada, antes del choque sólo rueda un carrito (pantes = m1 · v1) y después sólo lo hará el otro (pdespués = m2 · v2) Cuando la masa de ambos carritos es la misma, al exigir,  pantes = pdespués, se obtiene que la velocidad del carrito impulsado después de choque tiene que ser igual a la velocidad del carrito impulsor antes del mismo:

v1 = v2

 
 
 

 

DISEÑO EXPERIMENTAL Y CLIP DE VIDEO

     
 

 

Para empezar, los estudiantes realizan varias pruebas de lanzamiento de uno de los carritos hacia el otro. Comprueban que la situación no se consigue en todos los lanzamientos. En algunos el carrito impulsor continúa levemente el movimiento después del choque en el mismo sentido o  retrocede algo como consecuencia del choque. Lo atribuimos a la fuerza magnética que, probablemente no consiga siempre una perfecta transmisión de la cantidad de movimiento del primer carrito al segundo. También puede influir que los carriles no estén siempre perfectamente horizontales. En el clip de video adjunto se observa una prueba realizada con bastante éxito por uno de los equipos, en la que el carrito impulsor sí queda detenido después del choque.

 

 

Por otra parte, para el análisis experimental se requiere usar dos sensores de posición de forma simultánea y colocarlos uno en cada uno de los extremos del carril, puesto que cada carrito oculta el otro al sensor. Esta disposición de los sensores supone adoptar un sistema de referencia diferente (con su correspondiente criterio de signos) para estudiar el movimiento de cada carrito, lo que, en general no es aconsejable hacer, pero aquí resulta inevitable y que habrá que tenerlo en cuenta al interpretar los resultados.

 

 
 

 

RESULTADOS

 
 

 

 

A la izquierda se muestran dos gráficas de la evolución de la posición del coche rojo antes de impulsar al coche azul y la de éste después de ser impulsado por aquél. El choque se produce a partir del instante t=2.8s pudiéndosele atribuir una duración aproximada de 0.2s (después de ese tiempo el movimiento del carrito azul es casi uniforme).

 

Para determinar las velocidades de cada coche, respectivamente antes y después del choque, los estudiantes trabajan con estas gráficas de la posición. Escogen unas pocas posiciones antes del choque (pero, lo más próximo posible a él) y otras tantas después, y realizan sendos ajustes lineales. Las pendientes correspondientes representan a la velocidad antes y después del choque.

 

 

A la izquierda se exponen resultados obtenidos por uno de los grupos, que hizo el análisis de los movimientos de ambos carritos en una sola gráfica. Debajo se muestran resultados de otro equipo, que prefirió estudiar por separado las gráficas del movimiento de cada carrito.

Como se observa, en ambos casos se obtienen resultados muy satisfactorios que confirman que la velocidad del coche impulsor antes del choque (en rojo en ambas gráficas) es prácticamente igual a la del coche impulsado después (en azul) Nótese, por otra parte que el programa atribuye un signo positivo a la velocidad del coche rojo (se aleja del sensor) y negativo al coche azul (se acerca a su sensor) Los estudiantes deben ser conscientes de que adoptando un sistema de referencia único para ambos (en la trayectoria común) a los dos les corresponde tener velocidades del mismo signo.

 
Para poner en evidencia que el choque entre los dos coches es prácticamente elástico, interesa calcular el coeficiente de restitución.
 

   

En este ejemplo resulta igual respectivamente a 0.991 (0.241/0.243) y 0.981 (0.274/0.279). Es decir, según estos resultados, el coche rojo estaría transmitiendo al coche azul prácticamente la totalidad de la energía (99.1% en el primer caso y 98.1% en el segundo).

 
 
 

 

ARCHIVOS DE DATASTUDIO: Puedes descargar los resultados originales del experimentos descritos en esta página. Para abrir los archivos se necesita el programa DataStudio, del que tienen licencia bastantes departamentos de Física y Química de institutos de Enseñanza Secundaria.