Conservación del momento lineal - Segunda Parte

	`Autor: Hernán Ferrari` `Responsable disciplinar: Silvia Blaustein` `Área disciplinar: Física` `Temática: Teorema de la conservación del momento lineal. Centro de masa. Choques y 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 la actividad

La cantidad de movimiento, momento lineal, es una magnitud vectorial que se puede definir como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado. Tiene directa relación con la ley de Newton a través del teorema del impulso y la variación de la cantidad de movimiento.

Sin embargo, esta forma esconde el concepto inherente a la magnitud, que resulta ser una propiedad de cualquier ente físico —con masa o sin ella— necesaria para describir las interacciones. Los modelos actuales consideran que no solo los cuerpos masivos poseen cantidad de movimiento, también resulta ser un atributo de los campos y las ondas electromagnéticas como la luz.

La cantidad de movimiento obedece a una ley de conservación, lo cual significa que la cantidad de movimiento total de todo sistema cerrado (es decir, uno que no es afectado por fuerzas exteriores y cuyas fuerzas internas no son disipadoras) no puede ser cambiada y permanece constante en el tiempo.

El impulso recibido por una partícula o un cuerpo se define como la variación de la cantidad de movimiento durante un período dado.

Objetivo de las actividades

Que los alumnos estudien el concepto de cantidad de movimiento o momento lineal, y su teorema de conservación para relacionarlo con la segunda ley de Newton.

Actividad 1

1. Observen el siguiente video sobre la conservación del movimiento. Luego, resuelvan las consignas.

a) ¿Qué sucede con una nave que dispara un proyectil? Describan el movimiento de ambos cuerpos. ¿Qué sucede con la energía y con la cantidad de movimiento?

b) En el diagrama de un cuerpo al que se le aplica un trabajo externo y luego rebota contra el piso, ¿qué tipo de energías aparecen representadas?

c) En el instante en el que el cuerpo rebota contra el piso, ¿cómo es la fuerza normal comparada con el peso del cuerpo? ¿Qué produce con esta fuerza neta y cómo se traduce eso en el movimiento del cuerpo? ¿Cómo se puede observar en la película?

d) ¿Cómo se puede escribir la energía cinética de un cuerpo en función de su momento lineal en lugar de su velocidad?

e) ¿Qué sucede con dos cuerpos de masas iguales cuando chocan y se conserva su energía, si uno de ellos inicialmente está en reposo? ¿Qué trayectoria seguirán los dos cuerpos luego del choque? Obtengan una imagen del video de los cuerpos antes del choque y después de él, que muestre su cantidad de movimiento.

2. Realicen un informe con el programa Write de sus equipos portátiles que incluya las distintas respuestas de la actividad, y las conclusiones a las que hayan podido arribar.

Actividad 2

Al final de la página del siguiente enlace sobre choques bidimensionales, pueden encontrar una ventana con una simulación del choque entre dos cuerpos. En ella se puede variar la velocidad del cuerpo que choca a un segundo en reposo; se puede modificar el parámetro de impacto que varía el ángulo con el que saldrán los cuerpos luego del choque, como también la relación entre las masas, que pueden ser iguales o una de mayor masa que la otra. Arriba se muestran las velocidades iniciales de los cuerpos, a la izquierda y a la derecha, las velocidades finales y los ángulos que forman los vectores respecto de la horizontal. El coeficiente de restitución igual a 1 corresponde a un choque sin pérdida de energía, mientras que si es menor a 1 la energía final será menor a la inicial, lo que puede verse en el círculo de abajo a la izquierda.

Utilicen masas iguales y coeficiente de restitución igual a 1, y varíen el parámetro de impacto desde 0 hasta 2. Para hacerlo, modifiquen el parámetro a pasos de 0,1. Usen el Scilab para realizar un gráfico de la velocidad final de la partícula 1 y de la partícula 2, en función del parámetro de impacto. Realicen un segundo gráfico de la velocidad final de la partícula 1 en función de la partícula 2, a medida que varía el parámetro de impacto.
Varíen el parámetro hasta encontrar el valor para el cual los dos cuerpos salen con la misma energía final. ¿Qué ángulo forman cada uno de los cuerpos respecto de la horizontal?
Utilizando un parámetro de impacto 0 y coeficiente de restitución igual a 1, varíen la relación entre las masas de los cuerpos con valores mayores y menores que 1. Describan el tipo de movimientos que realizan los cuerpos después del choque para cada caso en particular. ¿Cuándo el primer cuerpo termina en reposo? Realicen un grafico de la velocidad final de cada uno de los cuerpos en función del cociente entre sus masas.
Realicen un informe con el programa Write de sus equipos portátiles que incluya las distintas respuestas de la actividad, y las conclusiones a las que hayan podido arribar.

Actividad 3

1. Observen el siguiente video sobre la conservación del movimiento. Luego, resuelvan las consignas.

a) ¿De qué manera se puede conseguir que dos bolas de billar, luego de un choque, se muevan en direcciones que no sean perpendiculares?

b) Sin golpear con efecto, ¿qué otra posibilidad existe para el movimiento luego de un choque de dos masas iguales, que no sea que ambos cuerpos salgan c) con sus velocidades formando un ángulo recto, solución que corresponde al enunciado de Descartes sobre la cantidad de movimiento?

d) ¿Qué herramienta fundamental utilizada para el estudio de las ciencias permite a los físicos modelizar la realidad?

e) ¿Cuáles fueron las contribuciones a la Matemática realizadas por Descartes?

f) ¿Cuál es la importancia de los choques para los físicos? ¿Qué tipo de partículas se pueden estudiar utilizando el choque entre estos cuerpos?

g) ¿De qué manera se acelera un núcleo atómico en un acelerador de partículas?

h) ¿A qué es igual la cantidad de movimiento?

i) ¿Qué sucede si la fuerza total sobre un sistema es nula? ¿Cómo se llama a este principio?

2. Realicen un informe con el programa Write de sus equipos portátiles que incluya las distintas respuestas de la actividad, y las conclusiones a las que hayan podido arribar.