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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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LABORATORIO FÍSICA MECÁNICA
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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LABORATORIO FÍSICA MECÁNICA
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+
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LABORATORIO FÍSICA MECÁNICA
>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
Cantidad de movimiento inicial
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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LABORATORIO FÍSICA MECÁNICA
Pi 2=(0.223 ) (0.366 )=0.081618 Kg m
sg
Cantidad de movimiento final
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
Cantidad de movimiento inicial
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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LABORATORIO FÍSICA MECÁNICA
Cantidad de movimiento final
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
Cantidad de movimiento inicial
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
Cantidad de movimiento final
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
Cantidad de movimiento inicial
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
Cantidad de movimiento final
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 !
Cantidad de movimiento inicial
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
Cantidad de movimiento final
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:
Energía cinética inicial
>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
Energía cinética final
>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:
Energía cinética inicial
>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
Energía cinética final
>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:
Energía cinética inicial
>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
Energía cinética final
>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:
Energía cinética inicial
>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
Energía cinética final
>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 !:
Energía cinética inicial
>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
Energía cinética final
>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
18
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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