Guía
de Física
¿De qué
depende la variación en el movimiento de un cuerpo?
Para producir un cambio en el estado del
movimiento de un cuerpo, es necesario aplicar sobre él una fuerza externa.
Ejemplo:
Si tienes que
empujar un automóvil “en pana”, ¿es la misma fuerza que se debe aplicar si el automóvil
está vacío o si hay varias personas dentro de él?
Claramente no.
La magnitud de la
fuerza aplicada dependerá de la
masa del objeto, ya que mientras mayor
sea su masa, mayor es la fuerza que hay que aplicar. Ejemplo dado en clase
entre una goma y naya.
La intensidad de la fuerza aplicada dependerá también del cambio de velocidad
que se quiera lograr.
Ejemplo:
Estás jugando al
fútbol y quieres pasarle la pelota a un jugador o jugadora que está cerca tuyo,
aplicas una fuerza pequeña, por lo
que la pelota se moverá también con una rapidez
pequeña; pero, si quieres lanzarla a una persona que está lejos, la fuerza que debes aplicar es mayor,
por lo que la variación en la rapidez de
la pelota será también mayor.
¿El cambio en el
movimiento depende solo de la intensidad de la fuerza aplicada?
Si quieres mover un
cajón, ¿es lo mismo aplicar la fuerza durante 1 segundo que aplicarla durante
10 segundos?
no, al aplicar sobre
un cuerpo una fuerza durante un tiempo mayor, la variación de movimiento en
dicho cuerpo será mayor. Por lo tanto, la variación total de movimiento depende
directamente tanto de la fuerza aplicada como del tiempo de acción de la fuerza.
Impulso
En el ejemplo
anterior pudiste observar que al actuar
fuerzas similares sobre cuerpos de masa también similar, dichas fuerzas tienden
a producir un efecto parecido. En la primera parte de la actividad, el efecto sobre
los autitos fue producir desplazamientos iguales.
Ahora, cuando se varía el tiempo de aplicación
de una fuerza también varían los efectos que
dicha fuerza puede
producir, por lo que no es igual aplicar una fuerza sobre un cuerpo durante 1 s
que aplicarla durante 10 s. También varían los efectos de una fuerza si varía
su módulo.
De la segunda ley
de Newton sabemos que
La variación del movimiento depende de la fuerza aplicada y del tiempo de
aplicación. A mayor variación de movimiento, mayor es la fuerza aplicada y/o
mayor tiempo de aplicación de dicha fuerza.
A esta relación de
fuerza y tiempo es lo que llamaremos impulso y lo representaremos
con la letra “I”.
Luego, la variación
del movimiento dependerá del impulso que actúe sobre el cuerpo. Cuando
describimos el movimiento de un cuerpo, nos basta con saber su velocidad, ya
que ella da cuenta de la variación de la posición de este en el tiempo. Ahora,
si queremos hacernos una idea de la dificultad para poner dicho cuerpo en
movimiento, o de la fuerza que se requiere para detenerlo,
debemos conocer
también su masa. El impulso en términos de la velocidad y de la masa se deduce
de la ecuación 1:
Luego:
En la ecuación,
podemos ver que el impulso sobre el cuerpo produce una variación del producto
entre masa y velocidad. Dicho producto es una magnitud vectorial, que
llamaremos momentum lineal o cantidad de
movimiento lineal, y se representa
por la expresión:
Mientras mayor sea
el momentum de un cuerpo mayor es la fuerza necesaria para variar su estado de movimiento.
Si queremos
representar el momentum lineal total de un sistema de cuerpos, esta corresponde
a la suma vectorial de los momentum de cada uno de ellos:
Ley de
conservación del momentum lineal
El análisis de esta
situación se divide en las siguientes etapas:
Antes de la colisión
En este momento,
cada objeto tiene un momentum lineal, por lo tanto, el momentum lineal total
del sistema antes de la colisión es:
Durante la colisión
Donde los dos
objetos se aplican fuerzas mutuamente y en sentido opuesto, durante el mismo
intervalo de tiempo. Por tanto, dicha transferencia de impulso es:
Después de la colisión
Debido a los
impulsos, las bolas tienen un momentum lineal diferente, por lo tanto, el
momentum lineal total del sistema después de la colisión es:
Reordenando, se
cumple que:
A partir de lo
anterior podemos decir que el momentum lineal total antes de la colisión
(término izquierdo) es igual al momentum lineal total después de la colisión
(término derecho). Esto se conoce como el principio de conservación del
momentum lineal.
Aplicando la ley
de conservación del momentum lineal
Ejercicio.
Dos carritos A y B
de un tren de juguete con sus masas de 300 g y 400 g, respectivamente, se
encuentran en reposo y amarrados por un hilo. Entre ellos se coloca un resorte
comprimido.
Al cortar el hilo,
el resorte se estira poniendo a ambos carritos en movimiento. Si el carro A
adquiere una velocidad de 4 m/s hacia la izquierda, ¿qué velocidad adquiere el
carro B justo después de cortar el hilo?
Desarrolle el
ejercicio a partir de lo desarrollado en clase:
1.- Antes de la interacción:
2.- Después de la interacción:
3.- Complete el
mapa conceptual . de manera de repaso de contenidos.
No hay comentarios.:
Publicar un comentario