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7.2: Conservación del Momentum

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    Fuerzas internas vs. externas

    Las fuerzas externas netas (que son distintas de cero) cambian el impulso total del sistema, mientras que las fuerzas internas no lo hacen.

    objetivos de aprendizaje

    • Contraste los efectos de las fuerzas externas e internas sobre el momento lineal y las colisiones

    Momentum lineal y colisiones

    La 2da ley de Newton, aplicada a un sistema aislado compuesto por partículas,\(\mathrm{F_{tot}=\frac{dp_{tot}}{dt}=0}\) indica que el impulso total de todo el sistema\(\mathrm{p_{tot}}\) debe ser constante en ausencia de fuerzas externas netas. Las fuerzas externas al sistema pueden cambiar el impulso total cuando su suma no sea 0, pero las fuerzas internas, independientemente de la naturaleza de las fuerzas, no contribuirán al cambio en el impulso total. Para analizar un sistema mecánico, es importante reconocer qué fuerzas son internas y cuáles externas. Una vez que un sistema mecánico está claramente definido, no es difícil entender qué parte debe considerarse externa.

    imagen

    La Cuna de Newton: Se conserva el impulso total del sistema (o Cradle). (descuidando la pérdida por fricción en el sistema.)

    • Fuerzas externas: fuerzas causadas por un agente externo fuera del sistema.
    • Fuerzas internas: fuerzas intercambiadas por las partículas en el sistema.

    Para darte una mejor idea, consideremos un ejemplo sencillo. Tenemos dos discos de hockey deslizándose sobre una superficie sin fricción, y descuidamos la resistencia al aire por simplicidad. Chocan entre sí en t=0.

    Primero enumeremos todas las fuerzas presentes en el sistema. Hay principalmente tres tipos de fuerzas: gravedad, fuerza normal (entre hielo y discos) y fuerzas de fricción durante la colisión entre los discos

    ¿Cómo debemos definir nuestro sistema? En la mayoría de los casos, nos interesaría el movimiento de los discos (y nada más). Por lo tanto, nuestro sistema consta de dos discos (y nada más). Todo el resto del universo se vuelve externo. Con esto en mente, podemos ver que la gravedad y las fuerzas normales son externas, mientras que las fuerzas de fricción entre discos son internas. Dado que todas las fuerzas externas se cancelan entre sí, no hay fuerzas externas netas. (La gravedad y la fuerza normal en cada disco tienen la misma magnitud, pero están en direcciones opuestas) Por lo tanto, concluimos que el impulso total de los dos discos debe ser una cantidad conservada.

    • En el ejemplo anterior, vale la pena señalar que no asumimos nada sobre la naturaleza de la colisión entre los dos discos. Sin saber nada sobre las fuerzas internas (fuerzas de fricción durante el contacto), aprendimos que el momento total del sistema es una cantidad conservada (p1 y p2 son vectores de impulso de los discos) De hecho, esta relación se mantiene cierta tanto en colisiones elásticas como inelásticas. Ya sea que la energía cinética total de los discos se conserve o no, el impulso total se conserva.
    • También señalar que, en el ejemplo anterior, si incluimos el resto de la Tierra en nuestro sistema, la gravedad y las propias fuerzas normales se vuelven internas.

    Puntos Clave

    • Las fuerzas externas son fuerzas causadas por un agente externo fuera del sistema.
    • Las fuerzas internas son fuerzas intercambiadas por los objetos en el sistema.
    • Para determinar qué parte debe considerarse externa e interna, se debe definir claramente el sistema mecánico.

    Términos Clave

    • inelástica: (Como referida a una colisión inelástica, a diferencia de una colisión elástica.) Una colisión en la que no se conserva la energía cinética.
    • elástico: refiriéndose a colisión elástica, en contraste con colisión inelástica. Una colisión en la que se conserva la energía cinética

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

    CONTENIDO CON LICENCIA CC, COMPARTIDO PREVIAMENTE

    CC CONTENIDO LICENCIADO, ATRIBUCIÓN ESPECÍFICA

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