|
|
|
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 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. |
|