Cantidad de movimiento. Choque de partículas

	Autor: Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: Cantidad de movimiento. Fuerzas internas. Conservación de la cantidad de movimiento. Choques. Explosiones Nivel: Secundario, ciclo orientado Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Propósitos generales

Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

En sus trabajos sobre el movimiento de los cuerpos, Newton trabajaba con una cantidad diferente a la que presentó en sus leyes de la mecánica. Él estudiaba cómo variaba la magnitud que se conoce como la cantidad de movimiento y que es igual al producto de la masa por la velocidad:

La idea intuitiva tras esta definición está en que la cantidad de movimiento depende tanto de la masa como de la velocidad. Con esta magnitud se pueden diferenciar, por ejemplo, dos cuerpos que tienen la misma velocidad, pero distintas masas. Así, un cuerpo con más masa será más difícil de detener, debido a que su cantidad de movimiento es mayor que otro menos masivo.

La magnitud cantidad de movimiento es una propiedad de todo ente físico con o sin masa, como por ejemplo la luz.

La cantidad de movimiento obedece a una ley de conservación, en la que la cantidad de movimiento total de todo sistema cerrado (o sea, uno que no es afectado por fuerzas exteriores y cuyas fuerzas internas no son disipadoras) permanece constante en el tiempo. Esta ley de conservación es muy útil para resolver problemas de choques o explosiones, en los que la cantidad de movimiento total debe conservarse en el tiempo.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos realicen mediciones sobre sistemas de cuerpos que interactúan con fuerzas internas a ellos, de tal forma que se conserve la cantidad de movimiento total del sistema.
Nota: Se sugiere utilizar el programa Geogebra para dichas mediciones

Actividad 1: astronautas empujándose en el espacio

    El siguiente video sobre la tercera ley de Newton corresponde a un experimento realizado en el espacio por la Agencia Espacial Europea (ESA), donde se ve a dos astronautas                       empujándose uno al otro.

1. A partir del video, puede medirse cómo varía la posición de cada astronauta a lo largo del movimiento. Tomen cuadro por cuadro y midan en cada uno la posición de ambos cuerpos.
   3raAC.zip
   
2. Seleccionen un sistema de referencia con origen en el punto de contacto entre las manos de los astronautas. Desde allí, midan la posición en función del tiempo de los astronautas.
3. Realicen un gráfico de la posición en función del tiempo para cada astronauta.
4. De la posición en función del tiempo, estimen la velocidad en función del tiempo y realicen el grafico correspondiente.
5. ¿Cuál es la cantidad de movimiento total del sistema de los dos astronautas antes de empujarse?
6. ¿Cuánto debe valer la cantidad de movimiento total entre los dos astronautas luego de empujarse?
7. Luego de medir las velocidades finales de ambos astronautas, estimen la relación de sus masas.
8. Realicen un informe con el programa Write de sus equipos portátiles sobre los pasos realizados en la actividad, los gráficos de posición de los cuerpos que hayan podido medir y las conclusiones a las que hayan podido arribar.

   

Actividad 2: astronauta con una carga adicional

1.  Observen un experimento similar al de la actividad 1 entre ambos astronautas. Esta vez, se trata de un video donde uno de ellos tiene una masa adicional sobre su espalda.
2. A partir del video, puede medirse cómo varía la posición de cada astronauta a lo largo del movimiento. Tomen cuadro por cuadro y midan en cada uno la posición de ambos cuerpos. 3raB.zip
3. Seleccionen un sistema de referencia con origen en el punto de contacto entre las manos de los astronautas. Desde allí, midan la posición en función del tiempo de los astronautas.
4.  Realicen un gráfico de la posición en función del tiempo para cada astronauta.
5.  De la posición en función del tiempo, estimen la velocidad en función del tiempo y realicen el gráfico correspondiente.
6. ¿Cuál es la cantidad de movimiento total del sistema de los dos astronautas antes de empujarse?
7. ¿Cuánto debe valer la cantidad de movimiento total entre los dos astronautas luego de empujarse?
8. Luego de medir las velocidades finales de ambos astronautas, utilicen las masas estimadas en la actividad 1 y evalúen la masa de la carga que sostiene el astronauta de la derecha.
9. Realicen un informe con el programa Write de sus equipos portátiles sobre los pasos realizados en la actividad, los gráficos de posición de los cuerpos que hayan podido medir y las conclusiones a las que hayan podido arribar.

Actividad 3: cuerpos unidos a través de un vínculo y movimiento de ellos al eliminarse el vínculo

1. El siguiente video sobre el movimiento circular en el espacio corresponde a un experimento realizado en el espacio por la Agencia Espacial Europea (ESA), donde se ven dos cuerpos unidos por un fino hilo que realizan un movimiento circular, y a un astronauta que corta el vínculo en medio del movimiento.
2.  A partir del video, puede medirse cómo varía la posición de cada cuerpo a lo largo del movimiento. Tomen cuadro por cuadro y midan en cada uno la posición de ambos cuerpos.
3. En el siguiente archivo, encontrarán 93 imágenes que corresponden a los cuadros que forman el video, numerados en orden creciente a medida que transcurre el tiempo. Sabemos que entre cuadro y cuadro transcurre 1/25 de segundo. Circular.zip
4. Midan la posición de ambos cuerpos en función del tiempo.
5. A partir de las posiciones en función del tiempo de los cuerpos antes de cortar el hilo, estimen la cantidad de movimiento total del sistema.
6. Luego de cortar el hilo, se observa solo uno de los cuerpos. Si se mide su posición en función del tiempo, se puede calcular la cantidad de movimiento de este cuerpo. Dado que la      cantidad de movimiento total debe conservarse, estimen la cantidad de movimiento del cuerpo que no se ve en la imagen y cuál debe ser su trayectoria.
7. Realicen un informe con el programa Write de sus equipos portátiles sobre los pasos realizados en la actividad, los gráficos de posición de los cuerpos que hayan podido medir y las  conclusiones a las que hayan podido arribar.