CANTIDAD DE MOVIMIENTO

 Introducción

La cantidad de movimiento, momento lineal, ímpetu, es una magnitud física fundamental de tipo vectorial que describe el movimiento siendo la velocidad un vector mientras que la masa es escalar, teniendo como un vector con la misma dirección y sentido que la velocidad. La masa suele permanecer constante, por lo que lo que suele cambiar es la velocidad y si cambia la velocidad es que hay aceleración, y si hay aceleración es que hay una fuerza neta actuando sobre el objeto pero depende del tiempo en el que actúe la fuerza.

Entonces:

• Si una fuerza no muy grande se aplica durante poco tiempo, se producirá un cambio pequeño de su cantidad de movimiento. 

• Pero si esa misma fuerza la aplico durante un tiempo más largo, el cambio será mayor. Es decir, la variación de la cantidad de movimiento depende de la fuerza y del intervalo de tiempo.

La cantidad de movimiento sirve, por ejemplo, para diferenciar dos cuerpos que tengan la misma velocidad, pero distinta masa. 

El de mayor masa, a la misma velocidad, tendrá mayor cantidad de movimiento. Es el producto de la masa de un objeto por la velocidad del mismo y esta se mide en kg·m/s, tiene la misma unidad que el impulso aunque sean conceptos diferentes.

SIMULADOR

IMPULSO

 Introducción

El impulso es una magnitud vectorial, es decir, se puede saber si va hacia el norte, sur, este u oeste; cuando en la vida cotidiana ejercemos una fuerza sobre un objeto y éste sale disparado o empujado estamos generando un impulso por eso se dice que está relacionado con la fuerza aplicada a un cuerpo y el tiempo de aplicación. Además, el impulso relaciona a la variación de la cantidad de movimiento.

EJEMPLO 

Cuando un deportista golpea una pelota de tenis para impulsarla, aplica sobre esta una fuerza F, durante un intervalo de tiempo ∆t, haciendo que la pelota cambie de velocidad. 

Mientras mayor sea la fuerza aplicada sobre un cuerpo y/o mayor el tiempo de su aplicación, mayor será el impulso entregado.

• El impulso es el producto entre una fuerza y el tiempo durante el cual está aplicada.  

• El módulo del impulso se representa como el área bajo la curva de la fuerza en el tiempo, por lo tanto si la fuerza es constante el impulso se calcula multiplicando la F por Δt, mientras que si no lo es se calcula integrando la fuerza entre los instantes de tiempo entre los que se quiera conocer el impulso.

• El impulso se mide en kg·m/s, una unidad equivalente a N.

CHOQUES

INTRODUCCIÓN

 

El choque se define como la interacción o colisión entre dos o más cuerpos, de los cuales al menos uno está en movimiento, produciendo intercambio de cantidad y energía. Un choque físico o mecánico es percibido por una repentina aceleración o desaceleración causada normalmente por un impacto, por ejemplo, de una gota de agua, aunque también una explosión causa choque; cualquier tipo de contacto directo entre dos cuerpos provoca un choque. Lo que mayormente lo caracteriza es la duración del contacto que, generalmente, es muy corta y es entonces cuando se transmite la mayor cantidad de energía entre los cuerpos. Como la variación de la cantidad de movimiento en un choque es igual y opuesta, la cantidad de movimiento que gana un objeto es la que pierde el otro, clasificándose en 3.

CHOQUES ELÁSTICOS

Los choques elásticos se producen cuando dos objetos chocan y rebotan entre sí sin ningún cambio en sus formas en el cual se conservan tanto la cantidad de movimiento como la energía cinética. Los choques de las bolas de billar o los choques entre partículas subatómicas son un buen ejemplo de colisiones elásticas. 

Los objetos con la misma masa intercambian su cantidad de movimiento en choques elásticos. Por ejemplo, uno de ellos se detiene y el otro avanza con la misma velocidad que tenía el primero.

CHOQUES INELÁSTICOS

Un choque inelástico hay una pérdida de energía cinética y una conservación de  la cantidad de movimiento, esto es porque una parte de la energía cinética se convierte en calor o en el sonido. La principal característica de este tipo de choque es que existe una disipación de energía, ya que tanto el trabajo realizado durante la deformación de los cuerpos como el aumento de su energía interna se obtiene a costa de la energía cinética de los mismos antes del  choque.

CHOQUES TOTALMENTE INELÁSTICOS

Los cuerpos que chocan se mueven trasa colisión con la misma velocidad de manera que parecen estar pegados y se comportan como un único cuerpo. En este tipo de choques se conserva la cantidad de movimiento pero toda la energía puesta en juego en el choque se transforma en calor o deformación y no se recupera para el movimiento.

MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE

 INTRODUCIÓN

 

Decimos que una partícula o sistema tiene movimiento armónico simple (m.a.s) cuando vibra bajo la acción de fuerzas restauradoras que son proporcionales a la distancia respecto a la posición de equilibrio. Entonces, que dicho cuerpo es un oscilador armónico.

Características del movimiento armónico simple:

1. Vibratorio: El cuerpo oscila en torno a una posición de equilibrio siempre en el mismo plano
2. Periódico: El movimiento se repite cada cierto tiempo denominado periodo (T). Es decir, el cuerpo vuelve a tener las mismas magnitudes cinemáticas y dinámicas cada T segundos
3. Se describe mediante una función sinusoidal (seno o coseno indistintamente)

Magnitudes del movimiento armónico simple:

• Amplitud, A: Elongación máxima. Su unidad de medidas en el Sistema Internacional es el metro (m).
• Frecuencia. f: El número de oscilaciones o vibraciones que se producen en un segundo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Hertzio (Hz). 1 Hz = 1 oscilación / segundo = 1 s-1.
• Periodo, T: El tiempo que tarda en cumplirse una oscilación completa. Es la inversa de la frecuencia T = 1/f . Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el segundo (s).
• Frecuencia angular, velocidad angular o pulsación, ω : Representa la velocidad de cambio de la fase del movimiento. Se trata del número de periodos comprendidos en 2·π segundos. Su unidad de medida en el sistema internacional es el radián por segundo ( rad/s ).

Cinemática de un M.A.S.

En un movimiento rectilíneo, dada la posición de un móvil, obtenemos la velocidad derivando respecto del tiempo y luego, la aceleración derivando la expresión de la velocidad. La posición del móvil que describe un M.A.S. en función del tiempo viene dada por la ecuación                      

                                                     x=A·sen(ωt+φ)

Dinámica de un M.A.S.

Aplicando la segunda ley de Newton obtenemos la expresión de la fuerza necesaria para que un móvil de masa m describa un M.A.S. Esta fuerza es proporcional al desplazamiento x y de sentido contrario a éste.

En un resorte 

Los sistemas masa-resorte sin fricción verticales y horizontales oscilan de forma idéntica alrededor de una posición de equilibrio si sus masas y resortes son iguales.

Sin embargo, en los resortes verticales, debemos recordar que la gravedad estira o comprime el resorte más allá de su longitud natural desde la posición de equilibrio. Después de encontrar la posición de desplazamiento, podemos establecerla como el punto donde y=0, y tratar el resorte vertical tal como lo haríamos con un resorte horizontal. La Figura 1 a continuación muestra la posición de reposo de un resorte vertical y la posición de equilibrio del sistema resorte-masa después de que se ha estirado una distancia d.

En un péndulo simple 

Un péndulo se define como una partícula de masa m suspendida del punto O por un hilo inextensible de longitud l y de masa despreciable. Si la partícula se desplaza a una posición (ángulo que hace el hilo con la vertical) y luego se suelta, el péndulo comienza a oscilar. El péndulo describe una trayectoria circular, un arco de una circunferencia de radio l. 

Las fuerzas que actúan sobre la partícula de masa m son dos

• el peso mg

• la tensión T del hilo

Cuando el péndulo se encuentra en reposo, en vertical, permanece en equilibrio ya que la fuerza peso es contrarrestada por la tensión en la cuerda. 

Además, cuando se separa de la posición de equilibrio la tensión contrarresta solo a la componente normal del peso, siendo la componente tangencial del peso la fuerza resultante. Esta fuerza es la responsable de que aparezca una aceleración ( F = m · a ) que trata de devolver al péndulo a su posición de equilibrio.