El choque

ESTUDIO DEL CHOQUE
Se denomina choque al proceso en el cual dos partículas se ejercen entre sí fuerzas muy
grandes en tiempos muy pequeños.
En “todos” los choques se conserva el momento lineal, ya que las fuerzas que cambian
el movimiento de las partículas son fuerzas interiores.
pinicial = p final
En algunos choques también se conserva la energía cinética.
Ecinicial = Ec final
Según los valores del coeficiente de restitución “e” podemos clasificar los choques en:
1) Totalmente elástico
2) Totalmente inelastico
3) Parcialmente elastico
e=1
e=0
0<e<1
Cuando el choque es elástico se conserva la energía cinética, en los otros casos hay
perdida de energía cinética, que se transforma en calor y/o energía de deformación.
La relación del coeficiente de restitución “e” con los módulos de las velocidades de las
partículas antes y después del choque se puede expresar de la siguiente forma:
e=
v´1  v´2
v2  v1
Hay casos donde aparentemente se viola el principio de conservación del momento
lineal, como cuando una pelota cae y rebota en el suelo.
Observa la animación del choque central, comprueba que la pelota cae desde una
cierta altura, choca con el suelo, se deforma y rebota hasta una altura menor. Las
fuerzas interiores que se ejercen mutuamente la pelota y la superficie tienen la
dirección indicada en la animación, se producen en el tiempo de contacto (muy
pequeño) y cambian la velocidad. Para poder observarlo bien, puedes parar la
animación en el instante en que se produce el choque, verás la deformación de la
pelota como una sombra roja y las fuerzas internas señaladas en azul, recuerda
estas fuerzas solo actúan en los breves instante en que se produce el contacto.
Recordar que:
 F .dt  mv  mv
0
1
El impulso de una fuerza es igual a la variación de la cantidad de movimiento o
momento lineal
Contesta a las siguientes cuestiones
A) Si hemos afirmado que en todos los choques se conserva el momento lineal,
en este caso también se conservará, pero al aplicar la ecuación de la
conservación del momento lineal tenemos que:
v2  v2´  0 la velocidad del suelo antes y después del choque
m1v1  m2 v2  m1v1´  m2 v2´
m1v1  m2 0  m1v´1  m2 0
v1  v1´
Por tanto la velocidad de la pelota es la misma antes y después del choque
lo cual no es cierto ya que rebotaría hasta la misma altura ¿puedes dar una
explicación de este caso?
B) Según la respuesta anterior que ecuaciones matemáticas son útiles para
resolver problemas de este tipo.
C) ¿De qué tipo de choque se trata?
D) Con ayuda de un cronómetro calcula el tiempo que tarda la pelota en llegar
al suelo. Tomando la aceleración de la gravedad como 10 m/s2 ¿Cuál es la
velocidad de la pelota inmediatamente antes del choque?
E) Con el mismo procedimiento determina la velocidad de la pelota
inmediatamente después del choque.
F) Calcula el coeficiente de restitución en el choque.
G) ¿Cuánta energía se invirtió en la deformación de la pelota en el choque?
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H) ¿Cuál fue la altura desde la que cayó la pelota? ¿y la altura a la que
ascendió después del choque?
Observa la animación del choque oblicuo, la pelota cae desde una cierta altura,
choca con el suelo, se deforma y rebota hasta una altura menor
Contesta a las siguientes preguntas
a) Dibuja la velocidad de la pelota en el instante inmediatamente antes del
choque y la velocidad inmediatamente después del choque.
b) En el mismo dibujo anterior, dibuja las componentes horizontal y vertical
de cada velocidad. Comprobaras que solo cambia la componente vertical ya
que las fuerzas interiores son verticales y son las únicas que cambian la
velocidad.
c) Si la pelota es lanzada con una velocidad horizontal 3 cm/s ¿Cuál es el
modulo de la velocidad inmediatamente antes del choque? ¿Cuál es su
dirección?
d) Responder a lo mismo inmediatamente después del choque.
e) Calcular el coeficiente de restitución del choque.
f) Calcular la altura desde la que cae y la altura a la que asciende en este bote.
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Un caso similar
Un caso similar de choque esta representado en el siguiente esquema
El bloque azul resbala sobre una superficie lisa y choca contra el bloque rojo
que tiene una masa tres veces menor. Después del choque los bloques se
mueven unidos y tardan 5 segundos en detenerse por efecto del suelo rugoso.
Responde a las siguientes preguntas:
1) Si el coeficiente de rozamiento en el suelo rugoso es de 0,5 ¿Cuál es la
aceleración del conjunto de los dos bloques? ¿Qué espacio recorren antes de
detenerse?
2) ¿Con que velocidad salen los bloques después del choque?
3) ¿Cuál es la velocidad del bloque azul antes del choque?
4) ¿Cuál es la energía cinética perdida y en que se invierte?
5) ¿Cuál es el trabajo de la fuerza de rozamiento?
6) ¿Qué hubiera ocurrido en el caso de que el choque sea totalmente elástico?
Discutir detalladamente el caso.
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