laboratorio de Colisiones

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LABORATORIO DE MECÁNICA Y ESTÁTICA.
COLISIONES
OBJETIVOS:
Objetivo general.
Analizar la colisión elástica e inelástica de dos cuerpos que se mueven sin fricción en una pista de aire.
Objetivos específicos.
1. Determinar la cantidad de movimiento de un cuerpo. 
2. Verificar el principio de conservación de la cantidad de movimiento.
3. Comprobar la conservación de la Energía en choques elásticos. 
4. Comprobar la no conservación de la Energía en choques inelásticos.
RESUMEN:
En el estudio de las colisiones se llevaron a cabo dos experiencias para dar cuenta de las colisiones elásticas y las inelásticas, con ello en mente, se realizó un montaje con un deslizador de aire, dos sensores ubicados a una cierta distancia y dos deslizadores posicionados en los extremos del deslizador, para el primer tipo, se realizaron 3 choques agregando progresivamente masa en uno de los deslizadores y anotando tanto la velocidad inicial antes del impacto como la velocidad final producida luego del impacto, datos que fueron tomados por medio del programa Cobra 3. En el caso de las colisiones de tipo inelástico se cambiaron los accesorios del deslizador por uno con plastilina y otro como un punzón, se realizó el mismo procedimiento de la primera experiencia solo variando la velocidad final en la que ambos deslizadores se dirigen a una misma dirección.
En la realización la práctica fue posible observar cómo son las colisiones elásticas e inelásticas identificando que en la primera la energía se conserva y esta sucede cuando los cuerpos chocan, pero nuevamente se separan y se mueven en direcciones diferentes, mientras que en la inelástica la energía cinética no se mantiene constante, sino que se transforma en otros tipos de energía, en este caso los cuerpos chocan y se mantienen unidos por lo que se mueven en una sola dirección.
DESARROLLO TEÓRICO:
Las colisiones pueden ser elásticas o inelásticas, donde una colisión elástica se caracteriza por una deformación del cuerpo seguida por una restitución durante la colisión, terminando ambos cuerpos separados y sin deformación permanente. En una colisión elástica la energía cinética del sistema antes del choque es igual que después del choque. Por otra parte, una colisión inelástica se caracteriza por una deformación irreparable (permanente) de los cuerpos terminando, en muchos casos, ambos cuerpos unidos después del choque. En este tipo de colisión no hay conservación de la energía cinética. 
En una colisión siempre se cumple la ley de conservación de “la cantidad de movimiento o momentum lineal”. Según esta ley, en un sistema en el que no actúa ninguna fuerza externa, el momento lineal se conserva. De hecho, la 2ª ley de Newton establece que la fuerza es la variación de momento lineal con respecto al tiempo. Si dicha fuerza es cero, el momento es necesariamente constante. Ésta es una ley general de la física y se cumple independientemente de que la colisión sea elástica o inelástica. 
En el caso de un sistema con dos cuerpos, la ley de conservación del momentum lineal se enuncia como: P1i+P2i=P1f+P2f= constante.
Donde P1i, P2i, P1f, P2f son el momentum inicial y final del cuerpo 1 y 2 respectivamente.
Por otra parte, para caracterizar la elasticidad de una colisión entre dos cuerpos se define un coeficiente de restitución como: donde v1f y v2f es la velocidad final del cuerpo 1 y 2, respectivamente; v1i y v2i la velocidad inicial del cuerpo 1 y 2, respectivamente. Este coeficiente varía entre 0 y 1, siendo 1 el valor para un choque totalmente elástico y 0 para uno totalmente inelástico.
La cantidad de movimiento lineal de una partícula o un objeto que se modela como una partícula de masa m que se mueve con una velocidad v S se define como el producto de la masa y la velocidad de la partícula: P = m*V.
DETALLES EXPERIMENTALES:
Para el desarrollo de la práctica se realizó un montaje haciendo uso de un deslizador de aire y dos deslizadores con accesorios a los cuales se les determinó el peso para llenar las tablas correspondientes, primero se estudiaron las colisiones elásticas para lo cual, por medio de sensores ubicados a una cierta distancia se determinaron las velocidades antes y luego del impacto de los dos deslizadores con ayuda de la interfaz Cobra 3, luego se fue agregando peso progresivamente a uno de los deslizadores, dándole un impulso mayor a este para favorecer el impacto.
En el caso de las colisiones inelásticas, los accesorios de los deslizadores fueron cambiados por uno con plastilina y otro con un punzón, luego se realizó el mismo procedimiento agregando también peso a uno de los deslizadores, con pesas de 10 g. La determinación de las velocidades finales varió dado que los deslizadores quedaron unidos, por lo que solo en uno de los sensores se registraron las velocidades de ambos. Posterior a ellos se hizo el análisis de la experiencia y se completó la tabla restante mediante esto.
RESULTADOS EXPERIMENTALES:
Tabla 1. Colisiones elásticas.
	Exp.
	M1
	M2
	V10
	V20
	V1
	V2
	1
	0,21 kg
	0,21 kg
	0,572 m/s
	0,589 m/s
	0,560 m/s
	0,576 m/s
	2
	0,21 kg
	0,23 kg
	0,430 m/s
	0,465 m/s
	0,390 m/s
	0,421 m/s
	3
	0,21 kg
	0,25 kg
	0,340 m/s
	0,400 m/s
	0,361 m/s
	0, 376 m/s
Tabla 2. Colisiones inelásticas.
	Exp.
	M1
	M2
	V10
	V20
	V 
	4
	0,21 kg
	0,215 kg
	0,656 m/s
	0,783 m/s
	0,1415 m/s
	5
	0,21 kg
	0,235 kg
	0,105 m/s
	1,165 m/s
	0,155 m/s
	6
	0,21 kg
	0,255 kg
	0,523 m/s
	0,614 m/s
	0,0965 m/s
Tabla 3. Análisis del experimento.
	Exp. N°
	∑pi
	∑pf
	∆p
	∑Eci
	∑Ecf
	∆Ec
	1
	0,243 kg*m/s
	0,237 kg*m/s
	6X10-3 kg*m/s
	0,070 J
	0,066 J
	4x10-3 J
	2
	0,196 kg*m/s
	0,177 kg*m/s
	0,019 kg*m/s
	0,043 J
	0,035 J
	8x10-3 J
	3
	0,171 kg*m/s
	0,169 kg*m/s
	2x10-3 kg*m/s
	0,032 J
	0,030 J
	2x10-3 J
	4
	0,305 kg*m/s
	0,059 kg*m/s
	0,246 kg*m/s
	0,121 J
	0,0046 J
	0,1164 J
	5
	0,295 kg*m/s
	0,068 kg*m/s
	0,227 kg*m/s
	0,1605 J
	0,0053 J
	0,1552 J
	6
	0,265 kg*m/s
	0,044 kg*m/s
	0,221 kg*m/s
	0,076 J
	0,002 J
	0,074 J
PROCESAMIENTO DE DATOS:
1. Con los datos de las tablas 1 y 2, calcule la cantidad de movimiento total antes y después de la colisión para los dos deslizadores en cada una de las 6 experiencias realizadas y elabore una tabla que le permita comparar la cantidad de movimiento total del sistema antes y después de la colisión. (Tabla 3).
2. Calcule la energía cinética total antes y después de la colisión para los dos deslizadores en cada una de las experiencias realizadas. (Tabla 3) .
3. Determine la variación de la cantidad de movimiento (Δp) y la variación de la energía cinética (ΔEc), en cada una de las experiencias realizadas. (Tabla 3).
4. ¿Se conserva la cantidad de movimiento total (antes y después de la colisión) en cada uno de los 6 eventos realizados? Explique.
No se conserva, en la tabla 3 se puede observar la variación que existe, sin embargo, los valores de las experiencias 1 a 3 poseen una variación mínima por lo que se puede considerar como colisiones elásticas ya que para casos reales al no existir por lo general sistemas elásticos perfectos, estas diferencias se consideran despreciables, por otra parte, en las experiencias 4 a 6 se observa una mayor variación, propio de una colisión inelástica.
 5. ¿Se conserva la energía cinética total (antes y después de la colisión) en cada uno de los 6 eventos realizados? Explique. 
La energía cinética total no se conserva, sin embargo, en las primeras tres experiencias se observa una variación mínima de la energía de apenas milésimas por lo que se puede considerar un sistema elástico por lo anteriormente dicho, mientras que en las ultimas tres experiencias se evidencia un sistema inelástico, puesto que la variación es mayor por lo cual se deduce que hubo una transformación de la energía en otros tipos.
6. ¿Porque una persona situada de pie sobre una superficie de hielo puede resbalar, e incluso caer si empuja una pared? 
Sucede que al una persona empujar una pared, esta ejerce una fuerza y por tercera ley de Newton la pared genera una fuerza contrariaequivalente, y además el hielo es una superficie lisa por lo cual no hay una fuerza de roce que se oponga al movimiento, así que la persona cae impulsada por dicha fuerza al no haber una resistencia a ese movimiento.
7. ¿En una colisión perfectamente elástica entre dos partículas, cambia la energía cinética de cada partícula como resultado de la colisión? 
No cambia debido a que en el momento de la colisión no sucede ningún tipo de deformación entre los dos cuerpos, esto quiere decir que la energía continúa siendo la misma de principio a fin, no se transforma en otros tipos.
8. ¿Por qué no se conserva la energía cinética total en las colisiones inelásticas? 
No se conserva debido a que en el momento del impacto ocurren deformaciones entre los dos cuerpos, lo que quiere decir que parte de ella se transforma en otras formas de energía.
9. ¿Alguna de las 6 experiencias realizadas corresponde a una colisión perfectamente elástica?
No, por lo antes mencionado, los impactos a gran escala no son perfectamente elásticos ya que una mínima parte de la energía cinética no se conserva, y como se observa en la tabla 3 no hay ninguna variación de la energía cinética que sea 0. Las colisiones elásticas perfectas se ven más que todo en la interacción de átomos de gases ideales.
CONCLUSIONES:
En la realización la práctica fue posible observar cómo son las colisiones elásticas e inelásticas identificando que en la primera la energía se conserva y esta sucede cuando los cuerpos chocan, pero nuevamente se separan y se mueven en direcciones diferentes, mientras que en la inelástica la energía cinética no se mantiene constante, sino que se transforma en otros tipos de energía, en este caso los cuerpos chocan y se mantienen unidos por lo que se mueven en una sola dirección.
A su vez en el estudio de la cantidad de movimiento esta no fue constante como se enuncia en la teoría ya que, el momentum lineal es constante en casos en el que es un sistema aislado o cerrado, lo que quiere decir que en la colisión no intervienen fuerzas externas, lo cual en la práctica no se aplica ya que fue necesario dotar de un impulso inicial a los deslizadores para observar el impacto. 
BIBLIOGRAFÍA:
Elastic and Inelastic Collisions. (s/f). Gsu.edu. Recuperado el 2 de diciembre de 2022, de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/elacol.html.
General, O. (s/f). Colisiones en una dimensión. Fisica.uc.cl. Recuperado el 2 de diciembre de 2022, de https://fisica.uc.cl/images/Guia3_Colisiones_en_una_dimension_v2.pdf.