Experiencia P38: Conservación del momento lineal Sensores de movimiento

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1 Experiencia P38: Conservación del momento lineal Sensores de movimiento Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Leyes de Newton P38 Linear Momentum.DS P16 Cons. of Momentum 1 P16_CON1.SWS Equipo necesario Cant. Equipo necesario Cant. Sensor de movimiento (CI-6742) 2 Carrito (incl. con carril) 2 Balanza (SE-8723) 1 Carril de 2.2 m (ME-9452) 1 IDEAS PREVIAS Compare el momento lineal total de dos carritos antes de una colisión elástica con el momento lineal total de los carritos después de la colisión. Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. FUNDAMENTO TEÓRICO Cuando dos objetos colisionan, ya sean automóviles, carritos de la compra, o sus propios pies y el borde de la acera, los resultados pueden resultar complicados. Incluso en la más caótica de las colisiones, siempre que no existan fuerzas externas que actúen sobre los objetos durante la colisión, existe un principio que siempre constituye una herramienta excelente para comprender la dinámica de la colisión. Este principio se denomina conservación del momento lineal y se expresa matemáticamente mediante la ecuación: m v 1 1 m2v2 m1v1 m2v2 Si se desprecian fuerzas externas como el rozamiento, la suma de los momentos lineales de los dos carritos antes de la colisión es igual a la suma de los momentos lineales de los carritos después de la colisión. RECUERDE Siga las instrucciones de utilización del equipo PASCO scientific P38.1

2 PROCEDIMIENTO Utilice dos sensores de movimiento para medir el movimiento de dos carritos antes y después de una colisión elástica. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para determinar el momento lineal de ambos carritos antes y después de la colisión. Compare el momento lineal total de los dos carritos antes de la colisión con el momento lineal total de ambos después de la colisión. PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador. 2. Conecte un sensor de movimiento a los Canales Digitales 1 y 2 del interfaz. Conecte la clavija amarilla al Canal 1 y la otra clavija al Canal Conecte el segundo sensor de movimiento a los Canales Digitales 3 y 4 del interfaz. Conecte la clavija amarilla al Canal 3 y la otra clavija al Canal Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P38 Linear Momentum.DS P16 Cons. of Momentum 1 P16_CON1.SWS El archivo se abrirá mostrando una gráfica de la Posición de ambos objetos. El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. La toma de datos del sensor de movimiento está fijada en 20 Hz (20 medidas por segundo). PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar los sensores de movimiento para esta experiencia. Asegúrese de que se ha montado al menos un imán en un extremo de cada carrito de modo que puedan repelerse durante la colisión. 1. Sitúe el carril sobre una superficie horizontal PASCO scientific P38.2

3 2. Nivele el carril colocando un carrito sobre este. Si el carrito se desplaza hacia uno u otro lado, utilice los pies ajustables del extremo del carril para nivelarlo hasta que el carrito permanezca estable en un punto. 3. Utilice la balanza para determinar la masa de cada carrito y anote los valores en la Tabla de datos de la sección Informe de Laboratorio. 4. Monte el sensor de movimiento que está conectado a los Canales 1 y 2 a la izquierda del carril y el otro sensor de movimiento a la derecha del carril. 5. Ajuste cada sensor de manera que se pueda medir el movimiento de un carrito a medida que se desplaza desde el extremo del carril hasta el centro de este y regrese de nuevo al extremo. Ajuste el interruptor SWITCH SETTING en la posición Narrow. Dibuje con un lápiz unas marcas sobre el carril que estén a 0.15 m (15 cm) de cada sensor de movimiento. Recuerde que la distancia máxima a la que se puede acercar el objetivo al sensor son 15 cm (para el sensor de movimiento II, Modelo CI-6742), o 40 cm (para el sensor de movimiento, Modelo CI-6529). 6. Coloque un carrito en cada extremo del carril. El carrito situado a la izquierda se denominará carrito 1 y el carrito situado a la derecha se denominará carrito 2. Asegúrese de que los extremos magnéticos de los carritos se repelen entre sí. PARTE III: RECOGIDA DE DATOS 1. Prepárese para medir el movimiento de cada carrito a medida que se aproxima al otro y a continuación colisionan elásticamente. (Asegúrese de que los extremos magnéticos de los carritos se repelen entre si). 2. Comience la recogida de datos. (En el DataStudio, haga clic en Start. En el ScienceWorkshop, haga clic en REC ). 3. Empuje suavemente los carritos al mismo tiempo. Continúe recogiendo datos hasta que los carritos hayan colisionado y regresado a su posición original. 4. Pare la recogida de datos. En la lista de datos aparecerá Run # PASCO scientific P38.3

4 Solución de problemas: Si los datos obtenidos no son claros, compruebe el alineamiento de los sensores de movimiento. Es posible que se necesite aumentar el área reflectante colocando un trozo de cartón de 2 por 6 pulgadas en el morro del carrito. Para borrar los datos de la serie inicial de prueba, seleccione Run #1 en la lista de datos y presione la tecla Delete. ANÁLISIS DE DATOS Determine la pendiente de la gráfica de posición frente a tiempo de cada carrito antes de la colisión y después de la colisión. La pendiente corresponde a la velocidad media del carrito. Utilice la velocidad y la masa del carrito para calcular el impulso total de cada carrito antes y después de la colisión. El impulso es una cantidad vectorial. Debido a que los carritos se desplazan en sentidos opuestos, el impulso de un carrito es opuesto al impulso del otro. De cualquier modo, cad sensor de movimiento mide el movimiento de un objeto que se aleja como positivo y el movimiento de un objeto que se acerca como negativo. Utilice la calculadora de software para invertir los sentidos del desplazamiento de uno de los carritos. Cálculo del movimiento del carrito 2 1. Haga clic en el botón Calculate ( ) en DataStudio o en el botón Calculadora ( ) en ScienceWorkshop. Resultado: Se abre la ventana Calculadora. 2. Realice un cálculo para invertir los valores de posición del carrito 2. En DataStudio, realice el siguiente procedimiento: Haga clic en el menú Variables y seleccione Data Measurement. Resultado: Se abre la ventana Choose a data measurement. Seleccione Position, Ch 3&4 y haga clic en OK. En el área de texto Definitions, ponga un signo negativo delente de x. Haga clic en Accept. Resultado: El cálculo aparece en la lista de datos PASCO scientific P38.4

5 Si trabaja con ScienceWorkshop, haga lo siguiente: Haga clic en el menú INPUT y seleccione Digital 3, Posición. Resultado: El área de texto correspondiente a la fórmula En el área de la fórmula, ponga un signo negativo delante Introduzca un Nombre del cálculo (como Carrito 2 ), un Nombre abreviado ( cart2 ), y m como Unidades. Presione enter, return, o la tecla = del teclado. Resultado: El cálculo está completado. Realice una gráfica del cálculo de movimiento del Carrito 2 3. Realice una gráfica del cálculo que muestre el sentido del movimiento del carrito 2. En DataStudio, pinche y arrastre Run #1 desde el cálculo en la lista de datos hasta el eje Y de la gráfica de Posición del segundo carrito PASCO scientific P38.5

6 Resultado: La gráfica mostrará la posición del carrito 1 y el cálculo de la posición del carrito 2. En ScienceWorkshop, haga clic en el menú Input de la gráfica de movimiento del Carrito 2. Seleccione Cálculos, Carrito 2. Resultado: La gráfica mostrará la posición del carrito 1 y el cálculo de la posición del carrito 2. Determine la pendiente 1. Utilice las herramientas de análisis de la gráfica para determinar la pendiente de la curva de posición frente a tiempo de cada carrito justo antes y justo después de la colisión. En DataStudio, realice el siguiente procedimiento: En la gráfica correspondiente al carrito 1, seleccione una pequeña porción justo antes de la colisión (p.e., unos 10 o 15 puntos antes del pico). Haga clic en el menú Fit y seleccione Linear. Registre la pendiente como Velocidad antes de la colisión del carrito 1. Repita el procedimiento con una pequeña porción de la gráfica justo después de la colisión y registre la pendiente como Velocidad después de la colisión del carrito 1. Repita el procedimiento con la gráfica de movimiento del carrito PASCO scientific P38.6

7 En ScienceWorkshop, realice el siguiente procedimiento: Haga clic en el botón Estadísticas ( ) para abrir el área estadística a la derecha de la gráfica. Haga clic en el botón Menú de Estadísticas ( seleccione Ajuste de curva, Ajuste Lineal. En la gráfica del carrito 1, utilice el mouse para pinchar y dibujar un rectángulo alrededor de un pequeña porción de la gráfica justo antes de la colisión. collision. La pendiente corresponde a a2 en el Área Estadística. Registre la pendiente como Velocidad Antes de la Colisión del carrito 1. Repita el procedimiento con una pequeña porción de la gráfica justo después de la colisión y registre la pendiente como Velocidad después de la Colisión del carrito 1. Realice el mismo procedimiento con el carrito Calcule el impulso de cada carrito antes y después de la colisión. Calcule el impulso total antes y después de la colisión. 3. Calcule el porcentaje de diferencia entre el impulso total antes y después de la colisión. % diferencia ptotal Antes ptotal Antes ) y ptotal Después Anote los resultados en la sección Informe de Laboratorio PASCO scientific P38.7

8 Informe de Laboratorio Experiencia P38: Conservación del movimiento rectilíneo IDEAS PREVIAS Compare el impulso total de dos carritos antes de una colisión elástica con el impulso total después de la colisión. Tabla de Datos Medida Carrito 1 Carrito 2 Masa (kg) Velocidad antes (m/s) Impulso antes (kg m/s) Velocidad después (m/s) Impulso después (kg m/s) Impulso totalantes Impulso totaldespués Porcentaje de diferencia kg m/s kg m/s 4.1% CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. Compare el impulso total antes de la colisión con el impulso total después de la colisión. 2. Qué factores pueden producir una diferencia entre el impulso antes y después de la colisión? OPCIONAL Repita el experimento con diferentes velocidades. Determine la velocidad en la que la diferencia entre el impulso antes y después de la colisión es menor. Repita el experimento añadiendo distintos pesos a los carritos PASCO scientific P38.8

9 EXTENSIÓN Utilice la ventana Calculadora para crear una fórmula del impulso de cada carrito. Añada una curva a la gráfica o modifique una de las curvas existentes para mostrar el Impulso frente al Tiempo. Compare el impulso antes y después de la colisión PASCO scientific P38.9

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