Comprender el impulso en física

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El impulso es una cantidad derivada, calculada multiplicando la masa, metro (una cantidad escalar), veces la velocidad, en (una cantidad vectorial). Esto significa que el impulso tiene una dirección y esa dirección es siempre la misma dirección que la velocidad del movimiento de un objeto. La variable utilizada para representar el momento es pags . La ecuación para calcular el impulso se muestra a continuación.

Ecuación para el impulso

pags = m.v.

los SI units de cantidad de movimiento son kilogramos por metros por segundo, o kg * metro / s .

Componentes vectoriales y cantidad de movimiento

Como cantidad vectorial, el impulso se puede descomponer en vectores componentes. Cuando observa una situación en una cuadrícula de coordenadas tridimensional con direcciones etiquetadas X , y , y Con. Por ejemplo, puedes hablar sobre el componente del impulso que va en cada una de estas tres direcciones:

pags_X = m.v._X
pags_y = m.v._y
pags_Con = m.v._Con

Estos vectores de componentes se pueden reconstituir juntos usando las técnicas de matemáticas vectoriales , que incluye una comprensión básica de la trigonometría. Sin entrar en los detalles trigonométricos, las ecuaciones vectoriales básicas se muestran a continuación:

pags = pags_X + pags_y + pags_Con = m.v._X + m.v._y + m.v._Con

Conservación de momento

Una de las propiedades importantes del impulso y la razón por la que es tan importante en la física es que es un conservado cantidad. La cantidad de movimiento total de un sistema siempre será la misma, independientemente de los cambios que experimente el sistema (siempre y cuando no se introduzcan nuevos objetos portadores de cantidad de movimiento).

La razón por la que esto es tan importante es que permite a los físicos realizar mediciones del sistema antes y después del cambio del sistema y sacar conclusiones al respecto sin tener que conocer realmente cada detalle específico de la colisión en sí.

Considere un ejemplo clásico de dos bolas de billar que chocan entre sí. Este tipo de colisión se llama colisión elástica . Uno podría pensar que para averiguar qué sucederá después de la colisión, un físico tendrá que estudiar cuidadosamente los eventos específicos que tienen lugar durante la colisión. Esto en realidad no es el caso. En su lugar, puede calcular el impulso de las dos bolas antes de la colisión ( pags _1iy pags _2i, donde el i significa 'inicial'). La suma de estos es el momento total del sistema (llamémoslo pags _T, donde 'T' significa 'total) y después de la colisión, el momento total será igual a este, y viceversa. La cantidad de movimiento de las dos bolas después del choque es pags _1fy pags _1f, donde el F significa 'final'. Esto da como resultado la ecuación:

pags _T= pags _1i+ pags _2i= pags _1f+ pags _1f

Si conoce algunos de estos vectores de impulso, puede usarlos para calcular los valores que faltan y construir la situación. En un ejemplo básico, si sabes que la bola 1 estaba en reposo ( pags _1i= 0) y mides el velocidades de las bolas después de la colisión y usar eso para calcular sus vectores de momento, pags _1fy pags _2f, puede usar estos tres valores para determinar exactamente el momento pags _2idebe haber sido. También puede usar esto para determinar la velocidad de la segunda bola antes de la colisión ya que pags / metro = en .

Otro tipo de colisión se llama colisión inelástica , y estos se caracterizan por el hecho de que la energía cinética se pierde durante la colisión (generalmente en forma de calor y sonido). En estas colisiones, sin embargo, el impulso es conservado, por lo que la cantidad de movimiento total después de la colisión es igual a la cantidad de movimiento total, al igual que en una colisión elástica:

pags _T= pags _1i+ pags _2i= pags _1f+ pags _1f

Cuando la colisión da como resultado que los dos objetos se 'peguen', se denomina colisión. colisión perfectamente inelástica , porque se ha perdido la máxima cantidad de energía cinética. Un ejemplo clásico de esto es disparar una bala a un bloque de madera. La bala se detiene en la madera y los dos objetos que se movían ahora se convierten en un solo objeto. La ecuación resultante es:

metro ₁ en _1i+ metro₂en _2i= ( metro ₁+ metro ₂) en _F

Al igual que con las colisiones anteriores, esta ecuación modificada te permite usar algunas de estas cantidades para calcular las otras. Por lo tanto, puede disparar el bloque de madera, medir la velocidad a la que se mueve cuando se dispara y luego calcular el impulso (y, por lo tanto, la velocidad) con el que se movía la bala antes de la colisión.

Física del momento y la segunda ley del movimiento

Segunda ley de movimiento de Newton nos dice que la suma de todas las fuerzas (lo llamaremos F _suma, aunque la notación habitual involucra la letra griega sigma) que actúa sobre un objeto es igual a la masa por aceleración del objeto La aceleración es la tasa de cambio de la velocidad. Esta es la derivada de la velocidad con respecto al tiempo, o dv / dt , en términos de cálculo. Usando algunos cálculos básicos, obtenemos:

F _suma= y = metro * dv / dt = d ( m.v. )/ dt = doble penetración / dt

En otras palabras, la suma de las fuerzas que actúan sobre un objeto es la derivada del momento con respecto al tiempo. Junto con las leyes de conservación descritas anteriormente, proporciona una poderosa herramienta para calcular las fuerzas que actúan sobre un sistema.

De hecho, puede usar la ecuación anterior para derivar las leyes de conservación discutidas anteriormente. En un sistema cerrado, las fuerzas totales que actúan sobre el sistema serán cero ( F _suma= 0), y eso significa que dP_suma / dt = 0. En otras palabras, el total de todos los impulsos dentro del sistema no cambiará con el tiempo, lo que significa que el impulso total PAGS _suma deber permanecer constante. ¡Esa es la conservación del impulso!