Aplicaciones de la conservación de la cantidad de movimiento lineal y conservación de la Energía: Choques

La cantidad de movimiento lineal de un objeto es el producto de su masa y su velocidad. Es una magnitud vectorial, lo que significa que tiene tanto magnitud como dirección.

Cantidad de movimiento (p) = masa (m) × velocidad (v)

La ley de conservación de la cantidad de movimiento establece que en un sistema cerrado y aislado, la cantidad de movimiento total antes y después de un evento (como un choque) permanece constante.

p_{total, antes}=p_{total, después}

Esto implica que cuando dos objetos chocan, la suma de sus cantidades de movimiento antes del choque es igual a la suma de sus cantidades de movimiento después del choque.

La energía se puede presentar de muchas formas, pero en el contexto de choques, nos centramos principalmente en la energía cinética, que es la energía del movimiento.

Energía cinética (K) = 1/2 × masa (m) × velocidad²(v²)

La ley de conservación de la energía establece que la energía total de un sistema cerrado y aislado permanece constante. En los choques, esto significa que la energía cinética total antes del choque puede ser diferente de la energía cinética total después del choque, especialmente si se trata de un choque inelástico donde parte de la energía se transforma en otras formas de energía, como calor o sonido

Desafío de Billar

Objetivo: Aplicar los conceptos de conservación en un entorno deportivo.

Materiales:

• Mesa de billar (si no tienes acceso, puedes usar una simulación en línea)
• Bola de billar
• Calculadora
• Libreta de notas

Instrucciones:

1. Preparación: Coloca dos bolas de billar en la mesa, una en reposo y otra preparada para ser golpeada.
2. Choque Elástico: Golpea una bola contra la otra y observa sus movimientos después del impacto.
3. Medición: Usa una regla o cinta métrica para medir las distancias recorridas por cada bola después del choque.
4. Cálculos: Calcula las velocidades iniciales y finales de cada bola. Usa estos datos para calcular la cantidad de movimiento y la energía cinética antes y después del choque.
5. Análisis: Compara tus cálculos con los principios de conservación. Reflexiona sobre cualquier discrepancia y las posibles causas (como fricción o errores de medición).

Simulación de Choques en Línea

Objetivo: Visualizar y comprender los efectos de diferentes tipos de choques.

Materiales:

• Computadora o tablet con acceso a internet
• Software de simulación (puedes usar PhET Interactive Simulations: Collision Lab)

Instrucciones:

1. Acceso a la Simulación: Ingresa al sitio web de PhET Interactive Simulations y selecciona la simulación de laboratorio de colisiones.
2. Configuración Inicial: Configura la simulación para tener dos objetos de masas iguales con velocidades iniciales diferentes.
3. Choques Elásticos: Ejecuta la simulación con choques elásticos y observa los resultados. Anota la velocidad de cada objeto antes y después del choque.
4. Choques Inelásticos: Cambia la configuración para choques inelásticos y repite el experimento. Anota tus observaciones.
5. Análisis: Compara las cantidades de movimiento y las energías cinéticas antes y después de los choques. Reflexiona sobre cómo se conservan o no en cada tipo de choque.

Debate sobre Seguridad en Vehículos

Objetivo: Analizar y debatir sobre la importancia de la conservación de la energía en el diseño de vehículos.

Materiales:

• Artículos y estudios sobre seguridad en vehículos
• Cuaderno de notas

Instrucciones:

1. Investigación: Lee artículos y estudios sobre cómo los ingenieros aplican los principios de conservación de la energía para mejorar la seguridad de los vehículos.
2. Análisis: Toma notas sobre las principales innovaciones y diseños que utilizan estos principios.
3. Debate: Organiza un debate con tus compañeros (puede ser virtual o presencial) para discutir la importancia de estos diseños y sus impactos en la seguridad vial.
4. Reflexión: Escribe una reflexión personal sobre lo que aprendiste en el debate y tu opinión sobre la importancia de aplicar la conservación de la energía en la ingeniería de vehículos.

Experimentación con Pelotas

Objetivo: Observar la conservación de la cantidad de movimiento y la energía en choques reales.

Materiales:

• Dos pelotas de goma de diferentes tamaños
• Regla o cinta métrica
• Cronómetro
• Libreta de notas

Instrucciones:

1. Preparación: Coloca una pelota sobre una superficie plana y deja caer la otra pelota desde una altura conocida para que choquen.
2. Observación: Observa el comportamiento de las pelotas después del choque y mide la distancia que recorren.
3. Medición: Usa el cronómetro para medir el tiempo de contacto y calcula las velocidades antes y después del choque.
4. Cálculos: Calcula la cantidad de movimiento y la energía cinética antes y después del choque.
5. Análisis: Reflexiona sobre cómo se conservan la cantidad de movimiento y la energía en el choque y escribe un informe con tus conclusiones.