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Documento que detalla el proceso de realización de un experimento de física sobre colisiones elásticas entre esferas, incluye objetivos, marco teórico, materiales y equipos, procedimiento y tabulación de resultados. Se explican conceptos como coeficiente de restitución, conservación de momento y energía cinética.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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CARRERA DE: Ingenier´ıa en Mecatr´onica
ASIGNATURA: F´ısica
NRC: 3156
AULA: D-
INFORME DE LABORATORIO No. 3.
Profesor: Ing. Santiago D´ıaz
-Melanie Chiluisa
-David C´ordova
Fecha de Realizaci´on: 27/11/
Fecha de Entrega: 04/11/
El choque se define como la colisi´on entre dos o m´as cuerpos. Un choque f´ısico o mec´anico es percibido por una repentina aceleraci´on o desaceleraci´on causada normalmente por un impacto, por ejemplo, de una gota de agua, aunque tambi´en una explosi´on causa choque; cualquier tipo de contacto directo entre dos cuerpos provoca un choque. Lo que mayormente lo caracteriza es la duraci´on del contacto que, generalmente, es muy corta y es entonces cuando se transmite la mayor cantidad de energ´ıa entre los cuerpos. Un choque suele medirse con un aceler´ometro. Esto describe un choque de pulso, como una par- cela de aceleraci´on en funci´on del tiempo. La aceleraci´on se puede tomar en unidades de metro por segundo al cuadrado. A menudo, por conveniencia, la magnitud de un choque se mide como un m´ultiplo de la aceleraci´on de la gravedad, g, que tiene un valor de 9,80665 m/s2 a nivel del mar. As´ı, un choque de ”20g.es^ equivalente a aproximadamente 196 m/s2. Un choque puede ser caracterizado por la aceleraci´on m´axima, la duraci´on y la forma del pulso de choque (la mitad seno, triangular, etc.)
Una colisi´on el´astica perfecta, se define como aquella en la que no hay p´erdida de energ´ıa cin´etica en la colisi´on. Una colisi´on inel´astica es aquella en la cual, parte de la energ´ıa cin´etica se cambia en alguna otra forma de energ´ıa en la colisi´on. Cualquier colisi´on macrosc´opica entre objetos, convertir´a algo de la energ´ıa cin´etica en energ´ıa interna y otras formas de energ´ıa, de modo que los impactos a gran escala no son perfectamente el´asticos. En las colisiones inel´asticas se conserva el momento, pero uno no puede rastrear la energ´ıa cin´etica en la colisi´on, ya que parte de ella se convierte en otras formas de energ´ıa. Las colisiones en los gases ideales alcanzan la categor´ıa de perfectamente el´asticas, as´ı como el caso de las interacciones de dispersi´on de part´ıculas subatø’micos, que son desviadas por la fuerza electromagn´etica. Algunas interacciones a gran escala como el slingshot, un tipo de interacciones gravitacionales entre sat´elites y planetas son perfectamente el´asticas.
Herramientas
Una vez nivelado el equipo para determinar el Coeficiente de Restituci´on, suelte la esfera desde el borde superior, sin darle ning´un impulso incial y cuidando que esta caiga directamente sobre el centro de la superficie de acero y observe las alturas de rebote a que ´esta alcanza. Mida los recorridos de descenso y los de rebote, en tres procesos semejantes. Repita la operaci´on con la otra esfera.
Disponga horizontalmente el carril de aire perfectamente nivelado y coloque sobre ´el, en el un extremo el arrancador mec´anico, luego dos barreras fotoel´ectricas contadoras, la una a cierta distancia que la otra, estas deber´an estar conectadas a la interfase y esta a su vez a la computadora con el programa Measure, sensor Cobra 3 temporizador/contador. Uno de los aero- deslizadores (m 1 ) se ubicar´a junto al arrancador mec´anico y el otro (m 2 ), entre las dos barreras fotoel´ectricas; el final del carril, el tope.
Las barreras fotoel´ectricas medir´an el movimiento de los aerodeslizadores, estos datos pasan por la interfase a la compturadora.
Active la senial de medida en la computadora al mismo tiempo que el aire dentro del carril.
Suelte el arrancador y el aerodeslizador (m 1 ) se mover´a a impactar al otro aerodeslizador (m 2 ) que est´a en reposo.
Considere tres procesos:
m 1 = m 2 m 1 > m 2 m 1 < m 2
Estos movimientos son registrados por la computadora. Anote los datos con rapidez y mas de cada aerodeslizador para desarrollar su informe.
Con los datos de la parte 1 elabore los siguientes cuadros e: MATERIAL: e = √ h/H e = √ h/H e = √ h/H e = √ h/H Caida Ho m 3 , 75 ∗ 10 −^13 , 75 ∗ 10 − 1 3 , 75 ∗ 10 −^1 3 , 75 ∗ 10 −^1 3 , 75 ∗ 10 −^1 Rebote h 1 m 3 , 45 ∗ 10 −^1 3 , 60 ∗ 10 −^1 3 , 50 ∗ 10 −^1 3 , 45 ∗ 10 −^1 Caida H 1 m 3 , 45 ∗ 10 −^10 3 , 60 ∗ 10 −^1 3 , 50 ∗ 10 −^1 3 , 45 ∗ 10 −^1 Rebote h 2 m 2 , 40 ∗ 10 −^1 2 , 90 ∗ 10 −^1 2 , 95 ∗ 10 −^1 2 , 80 ∗ 10 −^1 Caida H 2 m 2 , 40 ∗ 10 −^1 0 2 , 90 ∗ 10 −^1 2 , 95 ∗ 10 −^1 2 , 80 ∗ 10 −^1 Rebote h 3 m 2 , 15 ∗ 10 −^1 2 , 45 ∗ 10 −^1 2 , 75 ∗ 10 −^1 2 , 45 ∗ 10 −^1
e: MATERIAL: e = √h/H e = √h/H e = √h/H e = √h/H Caida Ho m 3 , 75 ∗ 10 −^1 3 , 75 ∗ 10 −^1 3 , 75 ∗ 10 −^1 3 , 75 ∗ 10 −^1 3 , 75 ∗ 10 −^1 Rebote h 1 m 3 , 45 ∗ 10 −^1 3 , 60 ∗ 10 −^1 3 , 50 ∗ 10 −^1 3 , 45 ∗ 10 −^1 Caida H 1 m 3 , 45 ∗ 10 −^1 0 3 , 60 ∗ 10 −^1 3 , 50 ∗ 10 −^1 3 , 45 ∗ 10 −^1 Rebote h 2 m 2 , 40 ∗ 10 −^1 2 , 90 ∗ 10 −^1 2 , 95 ∗ 10 −^1 2 , 80 ∗ 10 −^1 Caida H 2 m 2 , 40 ∗ 10 −^1 0 2 , 90 ∗ 10 −^1 2 , 95 ∗ 10 −^1 2 , 80 ∗ 10 −^1 Rebote h 3 m 2 , 15 ∗ 10 −^1 2 , 45 ∗ 10 −^1 2 , 75 ∗ 10 −^1 2 , 45 ∗ 10 −^1 Con los datos obtenidos en (2), llene los siguientes cuadros:
m 1 (kg) v 1 (m/s) m 2 (kg) v 2 (m/s) m 1 (kg) v 1 (m/s) m 2 (kg) v 2 (m/s)
Energ´ıa Cin´etica (J) Error Energ´ıa Cin´etica (J) Error
m 1 (kg) v 1 (m/s) m 2 (kg) v 2 (m/s) m 1 (kg) v 1 (m/s) m 2 (kg) v 2 (m/s)
Energ´ıa Cin´etica (J) Error Energ´ıa Cin´etica (J) Error
m 1 (kg) v 1 (m/s) m 2 (kg) v 2 (m/s) m 1 (kg) v 1 (m/s) m 2 (kg) v 2 (m/s)
Energ´ıa Cin´etica (J) Error Energ´ıa Cin´etica (J) Error
x Fe x^2 Fex 8 ∗ 10 −^3 8 ∗ 10 −^3 8 ∗ 10 −^3 8 ∗ 10 −^3 1 , 6 ∗ 10 −^2 8 ∗ 10 −^3 8 ∗ 10 −^3 8 ∗ 10 −^3 2 , 5 ∗ 10 −^2 8 ∗ 10 −^3 8 ∗ 10 −^3 8 ∗ 10 −^3 ∑ 3 ,^5 ∗^10 −^2 8 ∗^10 −^3 8 ∗^10 −^3 8 ∗^10 −^3 x = 8, 4 ∗ 10 −^2
F e = 8, 4 ∗ 10 −^2
x^2 = 8, 4 ∗ 10 −^2
F ex = 8, 4 ∗ 10 −^2
F e = A
x + nB (1)
F ex = A
x^2 + B
x (2)
Igualando las ecuaciones:
A = 21, 73 B = − 0 , 034
Ecuacion Ajustada:
y = 21, 74 x
La constante de proporcionalidad de la relacion grafica se aproxima al valor de la constante elastica que se tiene en el cuadro de valores teniendo en cuenta un error del 3.
