1. Título del Proyecto:
Experimento de Colisiones: “Cañón de Gauss”
3. Materiales: 4 bolas de metal ferromagnético 2 imanes de neodimio Guía de
plástico
Las bolas son las que utilizan los rodamientos o también conocidos como
bolilleros. La guía de plástico, puede ser cualquiera. Se consiguen unas para
colocar conductores eléctricos por fuera de la pared,
pero puedes utilizar cualquier elemento que cumpla con la función de guiar las
bolas.
4. Introducción
La cantidad de movimiento se define como el
producto de la masa del
cuerpo y su velocidad. Esta magnitud mecánica, se conserva cuando se produce un choque elástico. Por lo cual el fin de este
proyecto es aplicar y profundizar conocimientos, con base en un experimento
sencillo; como
lo es el Cañón de Gauss, en donde podremos determinar la veracidad de este
paradigma y considerar que justamente éste es elástico, ya que los cuerpos no
se deforman permanentemente, y por ende no se pierde energía en el impacto.
5. Objetivo
Demostrar el comportamiento de los cuerpos en los choques o colisiones
6. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Demostrar que la cantidad de movimiento se conserva en una colisión elástica.
Exponer que a mayor fuerza existente hay mayor alcance
7. Marco Teórico
Colisiones
En un choque 2 objetos se aproximan uno al otro, interaccionan fuertemente y se
separan. Antes de la colisión, cuando estánalejados, los
objetos se mueven con velocidades constantes. Después del choque se mueven con
velocidad constante, pero distintas. Normalmente interesa conocer las
velocidades finales de los objetos cuando sus velocidades iniciales y las
características del
choque son conocidas.
1.S ecuación: Cantidad de movimiento del sistema
→……..→…..→…….→
ma‚Va‚+ma‚‚Va‚‚=ma‚Va‚'+ma‚‚Va‚‚'
2.S ecuación: Energía cinética total del sistema
……..→……….→………→………….→
(½)ma‚Va‚²+(½)ma‚‚Va‚‚²=(½)ma‚Va‚' ²+(½)ma‚‚Va‚‚'
Campo Magnético: Se llama “campo magnético” a la región del espacio que el imán
modifica. El campo se puede representar con un dibujo
(espectro) y se realiza con líneas curvas llamadas líneas de campo.
El campo magnético es una magnitud vectorial (tiene intensidad, dirección y
sentido) y se representa con la letra .
Intensidad del campo magnético: Para medir la intensidad del campo se definió una magnitud,
el tesla, T
[B] = T (tesla)
Un tesla es una unidad grande: el campo magnético terrestre mide
aproximadamente Bterr = 5 x 10-5 T.
Una unidad de intensidad de campo muy utilizada es el gauss, G, que
es igual a un diezmilésimo de tesla.
1 G = 10-4 T
Para definir el valor de la unidad, hay que
conocer previamente la relación entre campo magnético y corriente eléctrica,
puesto que
T = N/Am
(Un tesla es igual a un newton sobre un ampere por metro).
Fuerza de Atracción: son aquellas fuerzas que se ejercen entrecuerpos que no
están en contacto. Actúan a distancia; es decir, sin que se produzca ningún
tipo de contacto entre los dos cuerpos, el que ejerce la fuerza y el que recibe
la acción de la fuerza, como por ejemplo, la fuerza gravitacional y la
fuerza eléctrica.
Aceleración: Es el cambio en la velocidad de un
objeto. Siempre que un objeto cambia
su velocidad, en términos de su magnitud o dirección, decimos que está
acelerando.
A= V = Vf – Vi
t tf - ti
Velocidad: es la magnitud física que expresa la variación de la posición de un
objeto en función del
tiempo. Se suele representar por la letra .
V= x = xf – xi
t tf - ti
Impulso: El impulso es el producto entre una fuerza y el tiempo durante el cual está aplicada. Es una
magnitud vectorial. 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.
Energía: Energía es la capacidad de un
sistema físico para realizar trabajo. Es decir, la materia posee
energía como
resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que
actúan sobre ella. Para la física,
la energía es una magnitud abstracta que estáligada al estado
dinámico de un sistema cerrado y que permanece
invariable con el tiempo. Se trata de una abstracción que se le asigna al
estado de un sistema físico. Debido
a diversas propiedades (composición química, masa, temperatura, etc.), todos
los cuerpos poseen energía.
Fuerza: Es la “capacidad que nos permite vencer una resistencia u oponerse a
ella mediante contracciones musculares“. Nuestros músculos
tienen la capacidad de contraerse generando una tensión. Cuando esa
tensión muscular se aplica contra una resistencia
(una masa), se ejerce una fuerza, y caben dos posibilidades: que la supere
(fuerza>resistencia) o que no puede vencerla
(fuerza ≤ resistencia).
Se define entonces como el producto de una masa por una
aceleración.
F = m · a
Ferromagnético: El ferromagnetismo es un fenómeno
físico, en el que se produce ordenamiento magnético de todos
los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y
sentido.
Impacto: es el resultado de algo golpeando un objeto,
de un objeto golpeando una superficie dura o de objetos golpeándose unos contra
otros. La fuerza de impacto puede concentrarse en una pequeña área o, por el
contrario, extenderse debido a la dureza y geometría de las superficies
chocando entre sí. El daño ocasionado por un impacto localizado, como por
ejemplo la aparición de pequeñas grietas, puede aumentar la vulnerabilidad de
dicho objeto ante un impacto posterior.Choque Elástico:
8. Procedimiento:
Colocamos las 4 bolas sobre la guía de plástico y luego separamos una de las
tres restantes las cuales deben estar juntas, y adheridas a los dos imanes de
neodimio. Luego empujamos suavemente la bola suelta hacia los
imanes para que ésta entre en el campo magnético de los imanes de neodimio y
lograr que la fuerza de atracción la acelere. Cuando
la bola golpee los imanes, su velocidad será superior a la que le dimos al empujarla.
En dicho impacto, la cantidad de movimientos se transfieren a través de los
imanes y las bolas, hasta llegar a la última de ellas,
la cual sale despedida a gran velocidad.
El Cañón de Gauss es un experimento casero, que parece
desobedecer las leyes de la física, ya que con un pequeño impulso de entrada se
logra uno mucho más grande de salida (aparentando que la energía se
multiplica), pero en realidad no es más que física. Sabemos que una fuerza
actuando sobre un cuerpo, produce sobre el mismo, una aceleración.
Como sabemos,
el imán atrae a las bolas metálicas, ya que éstas son de un
material ferromagnético. Esto es justamente lo que sucede con la bola que
nosotros empujamos. Al entrar en el campo magnético del imán genera una
fuerza sobre la misma que la acelera.
Cuando la bola llega al imán, se produce un impacto. Como el imán y las bolas
no se deforman, podemos suponer que es un choque
elástico, en donde no se transformaenergía.
La energía que trae la bola que empujamos, es cinética o también llamada
energía de movimiento. La física nos dice que en las colisiones elásticas, la
cantidad de movimiento se conserva. Ésta última magnitud, se define como el producto de la masa del objeto, por la velocidad del mismo antes de impacto.
Como resultado de todo esto, la energía que trae
la bola que impacta, se transmite a través del imán y luego
por las otras bolas hasta llegar a la última de la fila. Como
ésta no posee nada a que transmitirle esa energía del impacto, esta
última sale despedida.
CONCLUSIONES
1. Con el desarrollo del proyecto y luego de realizar
varias pruebas, queremos llegar a identificar varios fenómenos
electromagnéticos y sus aplicaciones en la vida cotidiana
2. hacer un análisis matemático a dicho dispositivo
con cual podamos llegar al resultado de las fuerzas y la velocidad de los
balines.
9. Link: https://www.youtube.com/watch?v=kC7i4WJhRwI
BIBLIOGRAFÍA
https://neuro.qi.fcen.uba.ar/ricuti/No_me_salen/MAGNETISMO/AT_magn_campo.html
https://experimentoscaseros.net/2012/02/canon-de-gauss-casero-conservacion-de-la-cantidad-de-movimiento/
https://www.profesorenlinea.cl/fisica/dinamica.html
https://sites.google.com/site/timesolar/cinematica/aceleracion
https://www.fisicapractica.com/impulso-cantidad-movimiento.php
https://fisicadelsabiovalentin.4t.com/colisiones.htm
