colisiones fisica i

8/19/2019 Colisiones Fisica i

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COLISIONES

FÍSICA I

ING. FABIAN RUIZ

JOSEPH WBEIMAR SOTO VERJEL 1650429MANUEL EUARO LARA MARI!O 16504"9

SERGIO ARLE# RAMÍREZ RUBIO 165046$

UNIVERSIA FRANCISCO E PAULA SANTANER

C%CUTA

201"

COLISIONES

1. RESUMEN


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LABORATORIO FÍSICA MECÁNICA

En esta práctica de laboratorio se realizó el estudio experimental de las colisiones

elásticas e inelásticas, utilizando para ambas un montaje sobre una superficie lisa que

consistía para las primeras en el movimiento de dos partículas, ubicando en una de

ellas una liga o caucho, dirigiéndose una hacia la otra registrando por medio de doscensores la velocidad inicial con la que cada una salía y la velocidad final con que

llegaban después de la colisión en el caso de las segundas se registró la velocidad

inicial con que salían y una misma velocidad final para ambas debido a la unión de las

partículas después de la colisión! Estos cálculos de la velocidad se lograron registrar

por medio del programa "eausure!

2. OBJETIVOS

2.1. O&'()*+, -((/ analizar la colisión elástica e inelástica de dos cuerpos que semueven sin fricción en una pista!

2.2. O&'()*+,3 (3(7*,3 determinar la cantidad de movimiento de un cuerpoverificar el principio de conservación de la cantidad del movimiento comprobar la

conservación de la energía de choques elásticos comprobar la no conservación de la

energía de choques inelásticos!

". ESARROLLO TE8RICO

COLISIONES: una colisión elástica perfecta, se define como aquella en la que no hay

pérdida de energía cinética en la colisión! #na colisión inelástica es aquella en la cual,

parte de la energía cinética se cambia en alguna otra forma de energía en la colisión!$ualquier colisión macroscópica entre objetos, convertirá algo de la energía cinética

en energía interna y otras formas de energía, de modo que los impactos a gran escala

no son perfectamente elásticos! En las colisiones inelásticas se conserva el momento,

pero uno no puede rastrear la energía cinética en la colisión, ya que parte de ella se

convierte en otras formas de energía! %as colisiones en los gases ideales alcanzan la

categoría de perfectamente elásticas, así como el caso de las interacciones de

dispersión de partículas subatómicas, que son desviadas por la fuerza

electromagnética! &lgunas interacciones a gran escala como el slingshot, un tipo de

interacciones gravitacionales entre satélites y planetas son perfectamente elásticas!

%as colisiones entre esferas duras pueden ser casi elástica, por lo que resulta 'til paracalcular el caso límite de una colisión elástica! $onsiderando la conservación del

momento así como la conservación de la energía cinética, se hace posible el cálculo

de las velocidades finales de los dos cuerpos de la colisión!

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P=mV

∑⃗ P1=∑⃗ P f

4. ETALLESEPERIMENTALES

A. COLISIONESEL:STICAS

; #na vez hecho el montaje se procede a realizar la practica

&; (e colocan los deslizadores en el riel!

; (e inicia el programa temporizador )"easure* y se ajusta de la siguiente forma+

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Esta práctica de laboratorio tuvo dos momentos o dos partes+

A. Colisiones elásticas: una vez ubicadas las dos partículas una a cada extremo de

la superficie lisa se procedió a lanzarlas con los pesos iniciales de cada una de ellas)-!/-0 1g* una después de la otra, registrándose en el "easure la velocidad inicial con

que fueron lanzadas y la velocidad final con que llegaban después de la colisión!

2osteriormente se realizó el mismo procedimiento pero agregando a una de las

partículas una masa de - gramos a cada lado, quedando finalmente con una masa

de -!//0 1ilogramos, y una 'ltima parte agregando - gramos más a cada lado de la

misma partícula quedando con una masa de -!/30 1ilogramos! En la siguiente tabla se

registran los datos obtenidos en esta parte de la práctica+

E=. >1 >2 V1, V2, V1 V2

-!/-0 -!/-0 -!/45 -!30 -!3-3 -!/54/ -!/-0 -!/30 -!4/ -!055 -!06- -!34

0 -!/-0 -!/30 -!/64 -!364 -!405 -!/0

7ónde+ >1 la masa de la primera partícula que en todos los experimentos es la misma

medida en 1ilogramos! >2 la masa de la segunda partícula que cambia en cada experimento debido a

que es esta a la que se agregan las masas adicionales, medida en 1ilogramos! V1,+ la velocidad inicial de la primera partícula medida en m8sg! V1+ la velocidad final de la primera partícula medida en m8sg!

V2,+ la velocidad inicial de la segunda partícula medida en m8sg! V2+ la velocidad final de la segunda partícula medida en m8sg!

B. Colisiones inelásticas: una vez ubicadas las partículas una a cada extremos dela superficie lisa se procedió a lanzarlas una en contra de la otra registrándose la

velocidad inicial con que salían y una misma velocidad final para ambas debido a la

unión de ellas después de la colisión! %a primer vez se hizo con las masas iniciales de

cada una de ellas )-!/-01g*, la segunda adicionando /- gramos a la / partícula

)-!//01g* y la tercera agregando /- gramos más a la misma partícula )-!/301g*! en la

siguiente tabla se registraron los datos obtenidos en esta parte de la práctica+

E=. >1 >2 V1, V2, V3 -!/-0 -!/-0 -!65 !// -!/60

4 -!/-0 -!/30 -!009 -!::4 -!//94

5 -!/-0 -!/30 -!/:9 !06 -!/694

7ónde+

5


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>1 la masa de la primera partícula que en todos los experimentos es la mismamedida en 1ilogramos!

>2 la masa de la segunda partícula que cambia en cada experimento debido aque es esta a la que se agregan las masas adicionales, medida en 1ilogramos!

V1,+ la velocidad inicial de la primera partícula medida en m8sg! V2,+ la velocidad inicial de la segunda partícula medida en m8sg! ;+ está dado por la velocidad final promedio de cada partícula medida en m8sg! El

cálculo fue el siguiente+

V prom1=0.288+0.278

2=0.283m /sg

V prom1=0.230+0.225

2=0.2275m /sg

V prom1=0.289+0.286

2 =0.2875m /sg

6. PROCESAMIENTO E ATOS

A?*3*3

1. $on los datos de las tablas y /, calcule la cantidad de movimiento total antes ydespués de la colisión para los dos deslizadores en cada una de las 5 experiencias

realizadas y elabore una tabla que le permita comparar la cantidad de movimiento total

del sistema antes y después de la colisión )tabla 0*!

$alcularemos la cantidad de movimiento inicial, luego la final y posteriormente la

cantidad total de cada una de las experiencias! 2ara esto aplicaremos las fórmulas+

P=mV

ΣP= P1+ P

2

7ónde la masa debe estar en 1ilogramos y la velocidad en m8sg!

a. Experiencia 1

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Cantidad de movimiento inicial

m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!/45 m8sg

Pi 1=(0.203 ) (0.256 )=0.051968 Kg msg

m2 + -!/-0 1g 8 ;< -!30 m8sg

Pi 2=(0.203 ) (0.431 )=0.087493 Kg m

sg

Cantidad de movimiento final

m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!3-3 m8sg

Pf 1= (0.203 ) (0.404 )=0.082012 Kg m

sg

m2 + -!/-0 1g 8 ;< -!/54 m8sg

Pf 2=(0.203 ) (0.265)=0.053795 Kg m

sg

b. Experiencia 2


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!4/ m8sg

Pi 1=(0.203 ) (0.512 )=0.103936 Kg m

sg

m2 + -!//0 1g 8 ;< -!055 m8sg

7

Pi

=0.051968+0.0874930=0.1407173 Kg m

s

P f =0.082012+0.053795=0.135807 Kg m

s


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Pi 2=(0.223 ) (0.366 )=0.081618 Kg m

sg


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!06- m8sg

Pf 1= (0.203 ) (0.380 )=0.07714 Kg m

sg

m2 + -!//0 1g 8 ;< -!/54 m8sg

Pf 2=(0.223 ) (0.451 )=0.100573 Kg m

sg

c. Experiencia 3


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!/64 m8sg

Pi 1=(0.203 ) (0.285 )=0.057855 Kg m

sg

m2 + -!/30 1g 8 ;< -!364 m8sg

Pi 2=(0.243 ) (0.485 )=0.117855 Kg m

sg

8

Pi=0.13936+0.081618=0.220978 Kg m

s

P f =0.07714+0.100573=0.177713 Kg m

s

Pi=0.057855+0.117855=0.17571 Kg m

s


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m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!405 m8sg

Pf 1= (0.203 ) (0.536 )=0.108808 Kg msg

m2 + -!/30 1g 8 ;< -!/54 m8sg

Pf 2=(0.243 ) (0.213)=0.051759 Kg m

sg

d. Experiencia 4


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!65 m8sg

Pi 1=(0.203 ) (0.186 )=0.037758 Kg m

sg

m2 + -!/-0 1g 8 ;< !// m8sg

Pi 2=(0.203 ) (1.212 )=0.246036 Kg m

sg


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!/60 m8sg

Pf 1= (0.203 ) (0.283 )=0.057449 Kg m

sg

9

Pf

=0.108808+0.051759=0.160567 Kg m

s

Pi=0.037758+0.246036=0.283794 Kg m

s


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m2 + -!/-0 1g 8 ;< /60 m8sg

Pf 2=(0.203 ) (0.283)=0.057449 Kg m

sg

e. Experiencia 5


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!009 m8sg

Pi 1=(0.203 ) (0.337 )=0.068411 Kg m

sg

m2 + -!//0 1g 8 ;< -!::4 m8sg

Pi 2=(0.223 ) (0.995 )=0.221885 Kg m

sg


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!//94 m8sg

Pf 1= (0.203 ) (0.2275 )=0.0461825 Kg m

sg

m2 + -!//0 1g 8 ;< -!//94 m8sg

Pf 2=(0.223 ) (0.2275 )=0.0507325 Kg m

sg

10

P f =0.057449+0.057449=0.114898 Kg m

s

Pi=0.068411+0.221885=0.290296 Kg m

s

P f =0.0461825+0.0507325=0.096915 Kg m

s


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. Experiencia !


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!/:9 m8sg

Pi 1=(0.203 ) (0.297 )=0.060291 Kg m

sg

m2 + -!/30 1g 8 ;< !06 m8sg

Pi 2=(0.243 ) (1.138 )=0.276534 Kg m

sg


m1+ -!/-0 1g 8 ;< -!/694 m8sg

Pf 1= (0.203 ) (0.2875 )=0.0583625 Kg msg

m2 + -!/30 1g 8 ;< /694 m8sg

Pf 2=(0.243 ) (0.2875 )=0.0698625 Kg m

sg

2. $alcule la energía cinética total antes y después de la colisión para los dosdeslizadores en cada una de las experiencias realizadas )tabla 0*!

2ara el cálculo de la energía cinética emplearemos las siguientes fórmulas+

11

Pi=0.060291+0.276534=0.336825 Kg m

s

P f =0.0583625+0.0698625=0.128225 Kg m

s


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Ec=mV

2

2

Σ Ec= E1+ E2

a. Experiencia 1:

Energía cinética inicial

>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!/45 m8sg

Eci1=(0.203)(0.256)2

2=0.00661904 J

>2+ -!/-0 =g 8 ;< -!30 m8sg

Eci2= (0.203)(0.431)2

2=0.01885 J

Energía cinética final

>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!3-3 m8sg

Ecf 1=(0.203)(0.404)2

2=0.016566424 J

>2+ -!/-0 =g 8 ;< -!/54 m8sg

Ecf 2=(0.203)(0.265)2

2=0.006651904 J

12

Σ Eci=0.00661904+0.01885=0.0250404 J

ΣEcf =0.016566424+0.006651904=0.023218328 J


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b. Experiencia 2:


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!4/ m8sg

Eci1=(0.203)(0.512)2

2=0.0266076 J

>2+ -!//0 =g 8 ;< -!055 m8sg

Eci2= (0.223)(0.366)2

2=0.014936 J


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!06- m8sg

Ecf 1=(0.203)(0.380)2

2=0.0146566 J

>2+ -!//0 =g 8 ;< -!34 m8sg

Ecf 2=(0.223)(0.451)2

2

=0.0226792 J

13

Σ Eci=0.0266076+0.014936=0.0415436 J

Σ Ecf =0.0146566+0.0226792=0.03773358 J


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c. Experiencia 3:


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!/64 m8sg

Eci1=

(0.203)(0.285)2

2 =0.008244 J

>2+ -!/30 =g 8 ;< -!364 m8sg

Eci2= (0.243)(0.485)2

2=0.0285798 J


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!405 m8sg

Ecf 1=(0.203)(0.536)2

2=0.0291605

>2+ -!/30 =g 8 ;< -!/0 m8sg

Ecf 2=(0.243)(0.213)2

2=0.0055123 J

14

Σ Eci=0.008244+0.0285798=0.0368238 J

ΣEcf =0.0291605+0.0055123=0.0346728 J


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d. Experiencia 4:


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!65 m8sg

Eci1=(0.203)(0.186)2

2=0.00351149 J

>2+ -!/-0 =g 8 ;< !// m8sg

Eci2= (0.203)(1.212)2

2=0.1490978 J


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!/60 m8sg

Ecf 1=(0.203)(0.283)2

2=0.0081290 J

>2+ -!/-0 =g 8 ;< -!/60 m8sg

Ecf 2=(0.203)(0.283)2

2=0.0081290 J

15

Σ Eci=0.00351149+0.1490978=0.152609 J

ΣE cf =0.0081290+0.0081290=0.016258 J


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e. Experiencia 5:


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!009 m8sg

Eci1=(0.203)(0.337)2

2=0.0115272J

>2+ -!//0 =g 8 ;< -!::4 m8sg

Eci2= (0.223)(0.995)2

2=0.1103877 J


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!//94 m8sg

Ecf 1=(0.203)(0.2275)2

2=0.005253J

>2+ -!//0 =g 8 ;< -!//94 m8sg

Ecf 2=(0.223)(0.2275)2

2=0.0057708 J

16

ΣEci=0.0115272

+0.1103877

=0.1219149 J


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. Experiencia !:


>1+ -!/-0 =g 8 ;< -!/:9 m8sg

Eci1=(0.203)(0.297)2

2=0.0089532J

>2+ -!/30 =g 8 ;< !06 m8sg

Eci2= (0.243)(1.138)2

2=0.1573478 J


>1+ -!/-0 =g 8 ;2+ -!/30 =g 8 ;< -!/694 m8sg

Ecf 2=(0.243)(0.2875)2

2=0.01004273 J

17

Σ Ecf =0.005253+0.0057708=0.011023J

ΣEci=0.0089532+0.1573478=0.166301 J


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7e esta manera, ya teniendo todos estos datos procedemos a meterlos en la tabla 0+

E=. Σ Pi Σ P f Σ Eci Σ Ecf

-!3- -!04 -!-/4- -!-/0// -!96 -!99 -!-34 -!-099

0 -!94 -!5- -!-0/5 -!-0:5

3 -!/60 -!3 -!4/5 -!-5/

4 -!/:- -!-:5 -!/: -!--

5 -!005 -!/6 -!550 -!-63

". >(e conserva la cantidad de movimiento total )antes y después de la colisión* encada uno de los 5 eventos realizados? Explique!R)@ @aciendo un análisis general de la tabla 0 se podría decir que esta cantidad demovimiento total solo se logra conservar en las colisiones elásticas debido a que al

momento de calcularla algunos valores de ellas dieron iguales y otros muy próximos,mientras que en las colisiones inelásticas dan valores totalmente diferentes, por lo que

no se logra conservar la cantidad de movimiento total!

4. >(e conserva la energía cinética total )antes y después de la colisión* en cada unode los 5 eventos realizados? Explique!R)@ Aealizando el mismo análisis en el punto anterior, con los resultados obtenidos dela tabla 0 podemos deducir y concluir que la energía cinética solo se conserva en las

colisiones elásticas esto se debe que esta energía siempre se va a conservar en este

tipo de colisiones!

5. >2or qué una persona situada de pie sobre una superficie de hielo puede resbalar e incluso caer si empuja una pared?R)@ 2or dos principios+ por la tercera ley de BeCton que dice Dtodo cuerpo que ejerzauna fuerza sobre otro cuerpo, experimenta a la vez la misma fuerza pero en sentido

contrario por esta razón si se ejerce la fuerza sobre la pared se caerá! F se resbala

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ΣEcf =0.0083890+0.01004273=0.0184317 J


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sobre una superficie de hielo debido a que en este no hay rozamiento ya que es muy

liso por esta razón no hay nada que pueda frenar nuestros pies!

6. En una colisión elástica entre dos partículas, >cambia la energía cinética de cada

partícula como resultado de la colisión?R)@ Bo cambia debido a que en el momento de la colisión entre los dos cuerpos nosucede ning'n tipo de deformación entre ellos!

$. >2or qué no se conserva la energía cinética total en las colisiones inelásticas?R)@ Bo se conservan debido a que al momento del impacto o la colisión entre las dospartículas ocurren deformaciones en estos mismos!

$. CONCLUSIONES

En las colisiones elásticas siempre se va a conservar la energía cinética, ademásde esto también se conserva el momento lineal!

En las colisiones inelásticas jamás se conserva la energía cinética, siempre hayuna pérdida en ella al momento del choque!

&l momento de una colisión elástica no se producen deformaciones permanentesdurante el impacto!

&l momento de una colisión inelástica se producen deformaciones permanentesdurante el impacto!

$uando se habla de colisiones elásticas, los cuerpos después de chocar parten adirecciones contrarias al momento del choque!

$uando se habla de colisiones inelásticas, los cuerpos quedan unidos y se dirigenhacia una misma dirección al momento del choque!

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colisiones fisica i

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