Para realizar nuestro
experimento necesitamos unas bolas de acero, un carril de bajo
rozamiento de aluminio (o algo parecido) y un imán de neodimio.
Sobre el carril de bajo
rozamiento se alinean el imán y tres bolas de acero (por ejemplo
situadas a la derecha del imán). Luego se lanza otra bola de acero
desde el otro lado. Cuando la bola se aproxima al imán se acelera
por el campo magnético hasta que choca con el imán y se queda
pegada. Inmediatamente sale disparada la bola situada más a la
derecha.
La primera bola transfiere su energía cinética y su momento lineal o cantidad de movimiento
(el producto de la masa por la velocidad).
¿Qué sucede si la bola
incidente tiene mayor masa?
Ahora la bola con menor masa
sale despedida con mayor velocidad.
Para realizar nuestro
experimento necesitamos bolas de acero y bolas de corcho del mismo
tamaño.
Primera parte
En primer lugar colocamos
unas ocho bolas de acero en fila sobre un canal de bajo rozamiento de
modo que estén en contacto. Si otra bola golpea la fila vemos que la
última bola de la fila se separa de las demás. Y si lanzamos dos
bolas vemos que ahora se separan las dos últimas bolas de la fila.
Las bolas en reposo
transmiten el movimiento.
Segunda parte
Ahora sustituimos una de las
bolas de acero por una bola de corcho del mismo tamaño. Ahora la
fila de bolas ya no puede transmitir todo el movimiento.
Explicación
En un choque de bolas se
conserva el momento lineal. El momento lineal de una partícula de
masa m que se mueve con una velocidad v se define como el producto de
la masa por la velocidad. Sin embargo la energía cinética no se
conserva ya que parte se transforma en energía térmica y en energía
potencial elástica cuando los cuerpos se deforman.
En el caso de bolas
idénticas, la primera bola que choca con la fila transfiere su
momento lineal a la segunda bola, la segunda transfiere su momento
lineal a la tercera y así sucesivamente. La última bola es la que
se separa de la fila con la misma velocidad que la bola incidente.
En el caso de choques con
bolas de diferente masa la conservación del momento lineal no
garantiza que las bolas transfieran la misma velocidad. En el vídeo
podemos ver algunos ejemplos.
Con un trozo de hilo, una
bola de corcho o de plástico y un cáncamo podemos construir un
péndulo.
Necesitamos dos péndulos de igual longitud para estudiar
las colisiones.
El primer péndulo (el
proyectil) se eleva una cierta altura, se suelta y golpea al segundo
péndulo (el blanco) que se encuentra en reposo en el punto más
bajo. Si utilizamos bolas de corcho o de ping pong podemos suponer
que se trata de una colisión elástica y que se conserva la energía
cinética y la cantidad de movimiento (el producto de la masa por la
velocidad).
Se pueden estudiar varios
casos dependiendo de las masas de los dos péndulos:
1) Si las masas son iguales el
primer péndulo queda en reposo y el segundo asciende alcanzando la
misma altura que tenía inicialmente el proyectil.
2) Si la masa del proyectil es
mayor que la del blanco las dos masas ascienden del mismo lado.
3) Si la masa del proyectil es
menor que la del blanco el proyectil retrocede después de la
colisión y el blanco asciende.
Al ser una colisión el
resultado de fuerzas internas siempre se conserva la cantidad de
movimiento pero la energía cinética suele disiparse parcialmente.
En una colisión elástica se conserva la energía cinética y en una
colisión inelástica se disipa parte de la energía.
Sustituyendo uno de los
péndulos por una bolsa de arena tenemos un ejemplo de colisión
inelástica. Después de la colisión el proyectil queda en reposo y la bolsa de arena apenas se mueve. Al colisionar el péndulo con la bolsa los granos de arena se mueven, chocan unos
contra otros y disipan la energía por fricción. La energía
cinética se transforma en calor por fricción.
Material: 1. Una pelota de baloncesto 2. Una pelota de goma más pequeña (por ejemplo una pelota de tenis)
Montaje: 1. En primer lugar, dejamos caer la pelota pequeña desde unos 90 cm para ver la altura que logra después de rebotar contra el suelo. 2. En segundo lugar colocamos la pelota de baloncesto en el suelo y dejamos caer la pelota pequeña sobre la grande. Observamos la altura lograda por la pelota pequeña después de rebotar con la grande. 3. Por último, dejamos caer, simultáneamente, la pelota pequeña encima de la pelota grande (a unos cinco centímetros)
La pelota pequeña logra una altura mucho mayor.
Explicación: Al rebotar la pelota grande en el suelo sube y golpea a la pelota pequeña. La diferencia de masa entre las dos pelotas hace que, después de la colisión, la pelota pequeña adquiera una velocidad grande.
