LICEO CARMELA CARVAJAL DE PRAT PROVIDENCIA DPTO. FISICA

LICEO CARMELA CARVAJAL DE PRAT
PROVIDENCIA
DPTO. FISICA
GUIA DE APRENDIZAJE Nº 1
FECHA DE EDICION: 26/agosto/2011
SECTOR:
FISICA
PROFESOR(ES):
NIVEL/CURSO: 2º MEDIO
ANA RUBIO T. /
MACARENA
SOTO A.
MAIL DE PROFESORES: [email protected] / [email protected]
UNIDAD TEMÁTICA o DE APRENDIZAJE: FUERZA Y MOVIMIENTO
CONTENIDO:
Principio de conservación de la cantidad de movimiento.
Colisiones
APRENDIZAJE ESPERADO: Aplicar la conservación de la cantidad de movimiento en
situaciones experimentales
TIEMPO PARA DESARROLLO: 90 min
PLAZO DE ENTREGA: 9 septiembre 2011
1) Lee atentamente la siguiente guía de trabajo.
Recordemos la relación entre impulso y cantidad de movimiento, I = Δp. Esto significa que la fuerza neta
que actúa sobre el cuerpo es cero y por lo tanto la cantidad de movimiento del cuerpo no debe cambiar.
Pi = Pf
Si la cantidad de movimiento inicial es igual a la cantidad de movimiento final, entonces se conserva la
cantidad de movimiento
Ejemplo: colisión entre dos bolas de billar
Antes de la colisión cada bola tiene su cantidad de movimiento, lo que significa que la cantidad de
movimiento total inicial antes del choque es la suma de ambas
Pi = m1v1 + m2v2
Durante la colisión en un intervalo de tiempo muy pequeño, la bola 1 aplica una fuerza F1 a la bola 2, a su
vez la bola 2 aplica una fuerza F2 a la bola 1. Ambas fuerzas tienen igual magnitud y dirección, pero
distinto sentido
F1 Δ t = - F2 Δ t
1
Después de la colisión, la cantidad de movimiento de los dos cuerpos varía debido al impulso provocado
por las fuerzas aplicadas por cada cuerpo, lo que varía es la velocidad de cada una de las bolas. La
cantidad de movimiento total final es:
Pf = = m1v1’ + m2v2’
Según la tercera ley de Newton, la fuerza interna neta de un sistema cerrado es cero, lo que implica que la
cantidad de movimiento inicial total antes de la colisión es igual a la cantidad de movimiento final después
de la colisión
m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’
Esta fórmula corresponde al principio de conservación de la cantidad de movimiento para dos cuerpos
Tipos de colisiones
Un choque es una interacción de cuerpos donde hay un intercambio de cantidad de movimiento y/o
energia cinética. (Energia cinética asociada a los cuerpos en movimiento). Los choques se clasifican en
elásticos, inelásticos y perfectamente inelásticos
Choque elástico: Se conserva la cantidad de movimiento y la energia cinética
Antes
m1
m2
vo1
vo2
Pantes = P después
Ec antes = Ec después
m1
Después
m2
vf1
vf2
Choque inelástico: Se conserva la cantidad de movimiento pero no la energia cinética total del sistema.
Se puede perder energia debido a las deformaciones que suceden al colisionar dos o más cuerpos o
transformarse en energia térmica debido al roce. Ejemplo: una pelota de futbol que choca contra el
cemento.
Antes
m1
m2
vo1
vo2
Pantes = P después
Ec antes ǂ Ec después
Después
m1
vf1
m2
vf2
2
Choque perfectamente inelástico. Los objetos quedan unidos después de colisionar. Por lo tanto ambos
cuerpos continúan con la misma velocidad. Se conserva la cantidad de movimiento pero no la energia
cinética total del sistema Ejemplo: dos esferas de plasticina que chocan continúan unidas
Antes
m1
m2
vo1
vo2
Pantes = P después
Ec antes ǂ Ec después
Después
m1 + m2
vf
Ejercicio resuelto
1.- Una patrulla policial, cuya masa es 1500 kg, se mueve hacia la derecha a 25 m/s en persecución de un
auto de igual masa que se mueve a la derecha a 8 m/s. La patrulla policial choca al auto que persigue,
quedando ambos acoplados. ¿Cuál será su velocidad después del choque?
Datos:
m1 = m2 = 1500 kg
v1 (patrulla) = 25 m / s
v2 (auto) = 8 m / s
v1’ = v2’ = x
p (antes) = p (después)
m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’
m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v’
1500 kg * 25 m / s + 1500 kg * 8 m / s = (1500 kg + 1500 kg) x
37500 kg m / s + 12000 kg m / s = 3000 kg x
/: kg
37500 m / s + 12000 m / s = 3000 x
49500 m / s = 3000 x
49500 m / s = x
3000
16,5 m / s = x La velocidad del conjunto es 16,5 m / s hacia la derecha
2.- Si la velocidad de la patrulla después del choque fuera -20 m / s, ¿Cuál sería la velocidad del auto?
Datos:
m1 = m2 = 1500 kg
v1 (patrulla) = 25 m / s
v2 (auto) = 8 m / s
v1’ = -20 m / s
v2’ = x
p (antes) = p (después)
m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’
1500 kg * 25 m / s + 1500 kg * 8 m / s = 1500 kg* (-20 m / s) + 1500 kg x
37500 kg m / s + 12000 kg m / s = -30000 kg m / s + 1500 kg x
m / s + 30000 kg m / s = 1500 kg x
79500 kg m / s = 1500 kg x
53 m / s = x
La velocidad del auto es 53 [m / s] hacia la derecha
Se conserva la cantidad de movimiento
3
Ejercicios
Instrucciones:
Para resolver los problemas numéricos debes tener presente los siguientes aspectos:
a) Datos: identificar magnitudes, unidades y transformar si es necesario.
b) Fórmula: reconocer fórmula a utilizar y explicitarla.
c) Desarrollo del problema: presentar todo el procedimiento de resolución sin omitir pasos.
d) Respuesta: presentar una respuesta cuantitativa y cualitativa, por ejemplo: la velocidad del móvil es
20(m/s) y se mueve hacia la derecha.
Envía tu guía desarrollada en el plazo establecido al e-mail de tu profesor (a) correspondiente, indicando en
la referencia tu curso, nombre y número de guía. Por ejemplo: 3ºA- María Pérez-módulo 1.
1.- Una esfera se mueve con una velocidad de 3 m/s hacia la derecha, choca con una segunda esfera de
igual masa que se mueve con una velocidad de -5 m/s (hacia la izquierda). Después del choque la
primera esfera tiene una velocidad de -5 m/s. ¿Cuál es la velocidad de la segunda esfera después del
choque? ¿A qué tipo de choque corresponde? ¿Cuál es la variación de la cantidad de movimiento de la
segunda esfera?
2.- Un auto y un camión viajan, en sentidos opuestos, a una rapidez de 60 km/h. La masa del auto es de
1500 kg y viaja hacia la derecha y el camión tiene el doble de masa del auto. Ambos móviles chocan
al encontrarse. Si quedan unidos después del choque. ¿Cuál es la velocidad del sistema? ¿A qué tipo
de choque corresponde? ¿Se conserva la cantidad de movimiento después del impacto?
3.- Un vagón de 30 toneladas avanza a 1 m/s hacia la derecha y choca con otro de 20 ton, que esta en
reposo.
a) Si ambos vagones se mueven juntos después del impacto, ¿con que velocidad lo hacen?
¿A qué tipo de choque corresponde?
b) Si luego del choque se mueven separadamente y el más pesado reduce su velocidad a 0,4 m/s,
¿con que velocidad se mueve el más liviano? ¿A qué tipo de choque corresponde? ¿Cuál es la
variación de la cantidad de movimiento del vagón más pesado? ¿Se conserva la cantidad
de movimiento?
4.- Una bola de billar se mueve a 0,8 m/s, choca con otra de igual masa, que se mueve a 0,6 m/s, en el
mismo sentido y en la misma línea de acción. Después del impacto, la primera bola continúa en su
misma dirección y sentido a 0,5 m/s. ¿con que velocidad se mueve la otra? ¿A qué tipo de choque
corresponde? ¿Cuál es la variación de la cantidad de movimiento de la primera bola?
5.-Un bloque A de 5 kg se mueve a 2 m/s hacia la derecha, sobre un plano horizontal y, en sentido
contrario, en la misma dirección se mueve un cuerpo B de 3 kg a 4 m/s. Si se supone que el roce es nulo
y los bloques chocan elásticamente, de manera, que el cuerpo A, después del choque, retrocede con
rapidez de 2,5 m/s.
a) Determinar la variación del momentum (cantidad de movimiento) experimentada por A,
b) la velocidad de B después del impacto
Bibliografía :
Física: 2º Medio Editorial Santillana
Física Conceptual Paul G: Hewitt
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