Lección Teach
Conservación del momento lineal: choques con carros reales
El alumnado usa el laboratorio remoto de Conservación del Momento de University of Fort Hare para comparar choques elásticos e inelásticos, calcular cocientes de velocidad, comprobar supuestos del modelo de momento lineal y explicar límites de datos reales.
Resultados de aprendizaje
Usar un laboratorio remoto real de dos carros para recoger evidencias de velocidades antes y después.
Distinguir resultados de choques elásticos e inelásticos.
Usar razonamiento de masas iguales para comprobar predicciones de momento sin inventar masas que faltan.
Calcular e interpretar cocientes de velocidad a partir de repeticiones.
Explicar por qué la energía cinética no se conserva en un choque inelástico.
Expresar una limitación del modelo cuando los datos reales no coinciden exactamente con un número ideal.
Vista previa de la actividad del estudiante
Contenido de la actividad
Solo vista previa. En una sesión de clase, los estudiantes pueden completar respuestas y entregar su trabajo al docente.
Predecir qué debe conservarse
7 min
En este laboratorio, el carro 1 se mueve hacia el carro 2. Los carros chocan y el laboratorio informa de las velocidades antes y después del choque. Tu tarea es decidir qué dicen los datos sobre momento lineal, energía y límites de un modelo ideal.
En la ruta obligatoria, usa primero masas extra iguales: 0 g en el carro 1 y 0 g en el carro 2. Así puedes comparar cocientes de velocidad sin necesitar la masa base oculta de cada carro.
Modos de choque en el laboratorio real
En los choques elásticos, los carros se separan tras el impacto. En los inelásticos, quedan unidos y se mueven como una sola pareja después del impacto.
Modelo de momento lineal
p = mv
\qquad
\sum p_\mathrm{antes} \approx \sum p_\mathrm{despues}
Antes de abrir el laboratorio, predice qué debe ocurrir en choques de masas iguales 0 g / 0 g. Incluye una predicción para el choque elástico, otra para el choque inelástico y una razón por la que los datos reales podrían no coincidir exactamente con el modelo ideal.
¿Qué configuración debes elegir para la comparación elástica con masas iguales?
Usar el laboratorio remoto con método
8 min
El laboratorio permite elegir el tipo de choque y la masa extra de cada carro. Para cada configuración, haz tres repeticiones si están disponibles y lee la tabla de velocidades procesadas en m/s. La tabla muestra cuatro velocidades por ensayo: carro 1 y carro 2, cada uno antes y después del choque.
Flujo de recogida de datos
Mantén el mismo tipo de choque y la misma configuración de masas para cada grupo de repeticiones. No mezcles filas elásticas e inelásticas al calcular una media.
Abrir el laboratorio Conservación del Momento
Abre el laboratorio Conservación del Momento desde TEACH.
Configura el tipo de choque como
elastic(elástico), la masa extra del carro 1 como 0 g y la masa extra del carro 2 como 0 g.Haz tres repeticiones si el laboratorio lo permite. Registra los valores de la tabla de velocidades.
Cambia el tipo de choque a
inelastic(inelástico) y mantén 0 g / 0 g. Haz tres repeticiones y registra los valores.Si hay tiempo, mantén choques inelásticos y compara 0 g / 0 g con 0 g / 100 g o 0 g / 150 g.
Usa velocidades en m/s. Si una celda está en blanco, anótala como 0 solo si el laboratorio muestra claramente que el carro estaba parado; si no, escribe una nota.
¿Qué decisión de recogida de datos hace más sólida tu comparación de medias?
Recoger evidencias de velocidad antes y después
18 min
Registra al menos seis filas: tres filas elásticas 0 g / 0 g y tres filas inelásticas 0 g / 0 g. Añade dos filas más de efecto de masa si tienes tiempo.
Tabla de evidencias de velocidad en choques
Usa una fila por repetición. Para la ruta obligatoria, recoge tres filas elásticas 0 g / 0 g y tres filas inelásticas 0 g / 0 g. Las filas opcionales pueden usar 0 g / 100 g o 0 g / 150 g. La columna 'cociente de velocidad r' es el cociente de velocidad común inelástico que se define en la fase de análisis; déjala en blanco en las filas elásticas.
| Tipo de choque | Masa extra carro 1 g | Masa extra carro 2 g | Repetición | Carro 1 antes m/s | Carro 1 después m/s | Carro 2 antes m/s | Carro 2 después m/s | Cociente útil r | Nota de observación |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Revisa tu tabla. ¿Qué filas forman tu mejor comparación elástica de masas iguales y qué filas forman tu mejor comparación inelástica de masas iguales? Menciona tipo de choque, masas y números de repetición.
Analizar choques de masas iguales
10 min
Usa primero tu tabla. Elige una comparación elástica 0 g / 0 g controlada y una comparación inelástica 0 g / 0 g controlada. Mantén visibles los números de repetición en tus notas para que tu análisis quede ligado a las filas que realmente registraste.
Usando tus filas elásticas 0 g / 0 g, explica si los carros intercambian aproximadamente la velocidad. Usa al menos dos valores numéricos de velocidad.
Para tus filas inelásticas 0 g / 0 g, calcula el cociente de velocidad común:
r = (velocidad compartida después del choque) / (velocidad del carro 1 antes del choque)
Introduce tu mejor cociente medio y explica cómo se compara con la predicción ideal de masas iguales, 0,5. Ese 0,5 procede de la conservación del momento: cuando dos carros de igual masa quedan unidos, la masa combinada es el doble, así que debe moverse a aproximadamente la mitad de la velocidad para mantener igual el momento total.
¿Conserva energía cinética el choque inelástico? Usa tu cociente para justificar la respuesta. Pista: para masas iguales que quedan unidas, la fracción de energía cinética después/antes puede estimarse como 2r^2 (el doble del cuadrado de r). La energía cinética que desaparece se transforma en calor, sonido y deformación, no se destruye; el momento se conserva aunque la energía cinética no lo haga.
¿Por qué esta actividad no exige calcular el momento total absoluto con p = mv en cada fila?
Comprobar el efecto de masa
7 min
Ahora comprueba cómo cambia el patrón al añadir masa. Mantén el tipo de choque inelástico. Compara 0 g / 0 g con 0 g / 100 g o 0 g / 150 g. No estás calculando momento absoluto; estás preguntando si una pareja más pesada sale con menor velocidad compartida.
Usa tus propias filas para esta comparación. Una buena pareja de filas mantiene el tipo de choque y la configuración del carro entrante, y cambia solo la masa extra en el carro objetivo.
Compara una fila o media inelástica 0 g / 0 g con una fila inelástica en la que el carro 2 tenga masa extra. ¿Qué ocurre con la velocidad compartida después del choque? Explica con ideas de momento sin inventar una masa base del carro.
Tratar la incertidumbre de datos reales
5 min
Los choques reales no son dibujos de libro. Rozamiento, tiempos, sensores, detalles del impacto y lectura de tablas pueden alejar un valor del ideal. Lo importante es explicar esa diferencia con claridad.
Tabla, gráfica o referencia a captura anotada
Adjunta o describe un artefacto de evidencia: una pequeña tabla de velocidades, una gráfica hecha a partir de tu tabla o una referencia a captura anotada de la tabla de velocidades procesadas del laboratorio. Para capturas, usa una referencia de imagen o un enlace; para subir archivo, usa una tabla, informe o presentación. El artefacto debe apoyar tu conclusión final; no puede ser solo una captura sin etiquetas.
Nombra dos fuentes de incertidumbre o comportamiento no ideal en este laboratorio y explica cómo cada una podría afectar a un cociente de velocidad o a una afirmación de conservación.
Redactar la afirmación científica
5 min
Escribe una conclusión que un docente pueda corregir con evidencias. Usa afirmación, evidencia, razonamiento y limitación.
¿Qué muestra el laboratorio Conservación del Momento sobre choques elásticos e inelásticos? Incluye una afirmación, al menos tres evidencias numéricas de tu tabla, razonamiento usando momento y energía cinética, y una limitación de la evidencia del laboratorio.
Extensión opcional: momento absoluto con masa proporcionada por el docente
15 min
Si tu docente proporciona la masa base del carro desde una fuente verificada, suma la masa extra a cada carro y calcula el momento total antes y después.
Momento absoluto opcional
p_\text{total}=m_1v_1+m_2v_2
Usando una masa base de carro proporcionada por el docente, calcula el momento total antes y después para una fila. Indica si la comparación está dentro de una tolerancia razonable de datos reales.