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ACTIVIDAD Nº 17 : Choques Bidimensionales

 

 

 

 

 Fundamentos físicos

Descripción en el Sistema de Referencia del Laboratorio

Supongamos que chocan dos discos o esferas de masas m1 y m2 y radios r1 y r2.

choques5.gif (1375 bytes)

Se denomina parámetro de impacto b a la distancia entre la dirección de la velocidad del primer disco u1 y el centro del segundo disco que suponemos inicialmente en reposo.

La conservación del momento lineal respecto de los ejes X e Y orientados según se especifica en la figura, se escribe

El coeficiente de restitución nos mide el cociente cambiado de signo, entre la velocidad relativa se separación a lo largo del eje X y la velocidad relativa de aproximación a lo largo del mismo eje.

Dado el parámetro de impacto b obtenemos el ángulo q . De la segunda y tercera ecuación, podemos despejar el ángulo entre las direcciones de las velocidades de las partículas después del choque

Descripción en el Sistema de Referencia del Centro de Masas

La velocidad del centro de masas en el sistema de ejes de la figura es

Las velocidades de las partículas respecto del centro de masa son

Como podemos fácilmente comprobar, se cumple el principio de conservación del momento lineal en el Sistema-C

La energía perdida en la colisión Q es la diferencia de las energías cinéticas después del choque y antes del choque bien referidas al Sistema-L o al Sistema-C. Pero es mucho más fácil calcular esta diferencia en el Sistema-C.

 Actividades

Para observar los choques bidimensionales, se introducen los siguientes parámetros en los correspondientes controles de edición

  • El coeficiente de restitución, en el control de edición titulado Coef. Restitución. Un valor comprendido entre 0 y 1, (el valor de 1 corresponde a un choque elástico),
     
  • El parámetro de impacto , en el control de edición titulado Parámetro de impacto. Un número comprendido entre 0 y 2, (se supone que las partículas son dos discos de radio unidad). El valor cero corresponde a los choques frontales.
  • El cociente entre las masas m2/m1 en el control de edición titulado Cociente entre masas (M2/M1). Donde m2 es la masa de la partícula que está inicialmente en reposo, y m1 la masa de la partícula inicialmente en movimiento.
  • La velocidad de la primera partícula u1, en el control de edición titulado Velocidad partícula 1.

Pulsamos el botón titulado Empieza, y observamos el choque en el Sistema-L del laboratorio. Una cruz de color azul representa la posición del centro de masas del sistema formado por las dos partículas interactuantes. A la izquierda del applet, observamos las energías de las partículas en un diagrama de tarta. Cuando el choque es elástico, la energía inicial es igual a la energía final. Cuando el choque es inelástico (coeficiente de restitución menor que la unidad) la energía inicial es mayor que la final.

Para observar el choque en el Sistema-C activamos el botón de radio titulado S.R. C.M. Para volver al Sistema-L activamos el botón de radio titulado S.R. Lab.

Se proporcionan los datos correspondientes a la velocidad de las partículas antes del choque y después del choque en el Sistema–L, así como las direcciones de las partículas después del choque. Se representan también los momentos lineales en forma de vectores antes del choque y después del choque. De este modo, el lector puede comprobar de forma visual la conservación del momento lineal.

La misma información que se proporciona del choque en el Sistema-L también se proporciona en el Sistema-C.

El botón titulado Pausa sirve para parar momentáneamente el movimiento, que se reanuda cuando se vuelve a pulsar el mismo botón titulado ahora Continua. Pulsando en el botón titulado Paso se observa la posición de las partículas en cada intervalo de tiempo, paso a paso.

Se recomienda al lector, que resuelva problemas de choques bidimensionales y compruebe su solución con el programa interactivo

Como ejemplo, se recomienda aquél en el que las masas son iguales, la relación entre masas m2/m1 es igual a la unidad y el choque es elástico (e = 1).

 

 

stokesApplet aparecerá en un explorador compatible con JDK 1.1.

 

 

 

 

Carambola

Este programa es un juego que consiste en hacer una carambola. La bola roja se hace chocar con la azul y luego, ha de chocar con la bola de color gris.

Se pulsa el botón titulado Nuevo, y aparece las tres bolas en el recinto del applet.

raton.gif (1405 bytes)

Se pulsa el botón izquierdo del ratón cuando el puntero está sobre la bola roja y a continuación se arrastra, aparece una flecha que nos indica el módulo y la dirección de la velocidad de la bola.

Cuando se deja de pulsar el botón izquierdo del ratón, la bola roja se mueve en la dirección señalada por la flecha con una velocidad proporcional a su longitud.

Se pulsa el botón titulado Inicio, para volver a situar las bolas en la posición de partida. Solamente se cuentan como aciertos, los choques de la primera bola con la segunda y a continuación, el choque de la primera con la tercera.

Como las bolas se distribuyen al azar en el área de trabajo del applet, no todas las disposiciones tienen solución.

 

 

stokesApplet aparecerá en un explorador compatible con JDK 1.1.

 

 

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