Choques en un carril de aire – conservación del momento lineal
FísicaEnergía y cantidad de movimientoEdades 15–16Laboratorio virtual
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Dos carritos de masas m₁ y m₂ se mueven con velocidades v₁ y v₂ sobre un carril de aire y chocan de forma elástica o inelástica (quedan unidos). Las gráficas de p₁, p₂ y del momento lineal total p frente al tiempo muestran que el momento total se mantiene constante, y una tabla compara el momento y la energía cinética antes y después del choque. Arrastra un carrito para cambiar su posición inicial. La pantalla Sensor de fuerza añade un parachoques (muelle blando, muelle duro, zona de deformación o airbag) y traza la fuerza frente al tiempo: el impulso J, el área bajo la gráfica, es igual al Δp medido con fotopuertas, y un contacto más largo da una fuerza máxima menor.
Lección: Momento lineal, conservación del momento lineal, choques elásticos e inelásticos, impulso y gráficas fuerza–tiempo
Qué muestra
El momento lineal p = mv es un vector: su signo indica el sentido del movimiento. Sin rozamiento, el momento total m₁v₁ + m₂v₂ se conserva en el choque; un choque elástico conserva también la energía cinética, y si los carritos quedan unidos parte se pierde en calor y deformación. En el impacto, los cuerpos se empujan con fuerzas iguales y opuestas (tercera ley de Newton). El impulso J = ∫F dt, el área bajo la gráfica fuerza–tiempo, es igual a la variación del momento: con el mismo Δp, un contacto más largo da menos fuerza máxima, como en zonas de deformación, airbags y cascos.
Cómo usarla
En el carril de aire, ajusta las masas y velocidades, arrastra los carritos y pulsa Iniciar; compara las filas Antes y Después y pulsa Cambiar tipo de choque. Pulsa Sensor de fuerza y choque, elige Choca con y un Parachoques, y pulsa Lanzar. Cada ensayo añade una fila con los tiempos de las fotopuertas, Δp, J, Δt y la fuerza máxima. Mantén m₁ y u₁ fijos al comparar parachoques y luego prueba el Reto de diseño.
Parámetros que puedes cambiar
- Masa del carrito 1 0,5–5 kg
- Velocidad inicial del carrito 1 -5–5 m/s
- Masa del carrito 2 0,5–5 kg
- Velocidad inicial del carrito 2 -5–5 m/s
- Tipo de choque Elástico, Inelástico (quedan unidos)
- Pantalla Carril de aire (conservación del momento), Sensor de fuerza y choque
- Parachoques Muelle blando, Muelle duro, Zona de deformación, Airbag
- Choca con Pared con sensor de fuerza, Carrito 2 en reposo
Preguntas para explorar
- En el choque inelástico, ¿cómo puedes calcular la velocidad común de los carritos a partir de sus masas y velocidades iniciales?
- Con la misma variación del momento, ¿por qué una zona de deformación o un airbag da una fuerza máxima menor que un muelle duro?
- Con masas iguales y un choque elástico, ¿qué ocurre con las velocidades de los dos carritos?
Ideas para la clase
Todas las guías- Simulaciones en PowerPoint y Google SlidesUsa simulaciones en PowerPoint y Google Slides: enlaza una diapositiva al modo presentación, añade un código QR para escanear y haz la demostración.
- Laboratorio virtual de impulso: gráficas fuerza–tiempoLaboratorio virtual de impulso: choca un carrito contra un sensor de fuerza con cuatro parachoques, lee Fmáx y Δt, y descubre por qué protegen los airbags.
