Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

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Conservación del momento


En física, es fundamental entender cómo se comportan los objetos cuando chocan o interactúan entre sí. Uno de los principios clave que ayuda a explicar estos comportamientos se llama "conservación del momento." Echemos un vistazo más profundo a este principio para entender qué significa, cómo se aplica en diferentes situaciones y por qué es tan importante en el estudio de la dinámica en la mecánica.

¿Qué es la velocidad?

Antes de discutir la conservación del momento, es importante entender qué significa el momento. El momento es una medida de la velocidad de un objeto. Es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene tanto magnitud como dirección. El momento de un objeto se puede calcular usando la fórmula:

p = m × v

donde p es el momento, m es la masa y v es la velocidad.

Por ejemplo, si un coche con una masa de 1000 kg viaja hacia el este con una velocidad de 10 metros por segundo, su momento es:

p = 1000 kg × 10 m/s = 10000 kg·m/s

Esto significa que el momento del coche moviéndose hacia el este es 10000 kg m/s.

Principio de conservación del momento

El principio de conservación del momento establece que el momento total de un sistema cerrado permanece constante, siempre que no actúen fuerzas externas sobre él. Esto significa que dentro de un sistema cerrado, el momento puede transferirse de un objeto a otro, pero la cantidad total de momento permanece igual.

Matemáticamente, la conservación del momento puede expresarse como:

p_inicial = p_final

donde p_inicial es el momento total inicial del sistema, y p_final es el momento total final.

Ejemplo visual: colisión de dos bolas

Imaginemos que tenemos dos bolas sobre una superficie plana. La bola A se mueve hacia la bola B, que está inicialmente en reposo:

Veamos este escenario:

  • La masa de la bola A es 2 kg y se mueve a una velocidad de 3 m/s.
  • La bola B tiene una masa de 3 kg y está inicialmente en reposo, por lo que su velocidad es 0 m/s.

El momento inicial p A de la bola A es:

p A = 2 kg × 3 m/s = 6 kg·m/s

El momento inicial p B de la bola B es:

p B = 3 kg × 0 m/s = 0 kg·m/s

El momento total inicial del sistema es:

p_inicial = p A + p B = 6 kg·m/s + 0 kg·m/s = 6 kg·m/s

Ahora, cuando la bola A choca con la bola B, la bola A se detiene y la bola B comienza a moverse con el momento completo de la bola A.

Por lo tanto, el momento final del sistema sigue siendo:

p_final = 6 kg·m/s

Esto demuestra la conservación del momento porque el momento total permanece igual antes y después de la colisión.

Otro ejemplo textual: propulsión de cohetes

La conservación del momento no se limita solo a bolas que chocan o coches que colisionan. También se aplica al movimiento de los cohetes. Cuando un cohete se mueve a través del espacio, depende de la conservación del momento para seguir avanzando. Así es como funciona:

El cohete expulsa gases de su motor a alta velocidad. El gas expulsado tiene un cierto momento. Para conservar el momento, el propio cohete debe adquirir un momento igual y opuesto.

  • Si la masa del gas expulsado es m g y su velocidad es v g, entonces su momento es p g = m g × v g.
  • Si la masa del cohete es m r y alcanza una velocidad v r, entonces su momento es p r = m r × v r.

Según la conservación del momento:

|p g | = |p r |

Esto significa que el momento adquirido por el cohete es igual al momento del gas expulsado, pero en la dirección opuesta, lo que hace que el cohete se mueva hacia adelante.

Impulso y su relación con el momento

El impulso es otro concepto importante relacionado con el momento. Es el cambio en el momento de un objeto cuando se aplica una fuerza durante un cierto periodo de tiempo. La fórmula del impulso (J) es:

J = F × Δt

Donde F es la fuerza y Δt es el tiempo durante el cual actúa la fuerza. La ecuación del impulso también puede expresarse en términos de momento:

J = Δp

Esto implica que el impulso es igual a un cambio en el momento. Así, si aplicas una fuerza a un objeto durante un cierto tiempo, cambias su momento. Esta relación arroja más luz sobre cómo la fuerza y el momento están interrelacionados a través del momento.

Ejemplo de impulso con un balón de fútbol

Supongamos que un balón de fútbol está inicialmente en reposo. Un jugador patea el balón y aplica una fuerza durante un corto tiempo. Usemos números para visualizar esto:

  • La masa del balón de fútbol es 0.45 kg.
  • El jugador aplica una fuerza de 45 N durante 0.1 seg.

El impulso proporcionado es el siguiente:

J = F × Δt = 45 N × 0.1 s = 4.5 N·s

El cambio en el momento del balón, Δp, es igual al impulso:

Δp = J = 4.5 N·s

Ya que el balón comienza a moverse desde el reposo, su momento inicial es cero, por lo que el momento final se convierte en 4.5 N s.

Conservación del momento en un sistema de partículas

Al analizar un sistema de partículas, la conservación del momento se extiende al sistema colectivo. El momento total de todo el sistema permanece igual antes y después de cualquier interacción, siempre que no actúen fuerzas externas sobre el sistema. Veamos cómo sucede esto con un ejemplo que involucra dos patinadores sobre hielo:

Ejemplo: Patinadores sobre hielo empujándose

Imaginemos dos patinadores de hielo de pie sobre el hielo. Se empujan el uno al otro. El patinador A tiene una masa de 50 kg, y el patinador B tiene una masa de 70 kg. Después del empuje, el patinador A se mueve hacia atrás a una velocidad de 2 m/s. ¿Cuál es la velocidad resultante del patinador B?

Antes de empujarse entre sí, su momento es cero porque están inicialmente en reposo:

p_inicial = 0

Su momento después del empuje se obtiene sumando sus momentos individuales:

p_final = p A + p B

Calcula la velocidad del patinador A:

p A = 50 kg × 2 m/s = 100 kg·m/s

Dejemos que la velocidad del patinador B sea v B. Entonces el momento del patinador B es:

p B = 70 kg × v B

Uso del principio de conservación del momento:

0 = 100 kg·m/s - 70 kg × v B

Resolver para v B da:

v B = 1.43 m/s

El patinador B se mueve en la dirección opuesta a una velocidad de 1.43 m/s.

Comprensión de las fuerzas externas y la conservación del momento

Es importante tener en cuenta que la conservación del momento solo es cierta en ausencia de fuerzas externas. Fuerzas externas como la fricción, la resistencia del aire o cualquier influencia externa pueden cambiar el momento total de un sistema. Por lo tanto, los ejercicios y problemas que tratan la conservación del momento a menudo especifican "en un sistema cerrado, aislado" porque se asume que no actúan fuerzas externas sobre los objetos.

Conclusión

La conservación del momento es un concepto fundamental en física que nos ayuda a entender el comportamiento de los objetos en movimiento cuando chocan entre sí. Ya sea una colisión de automóviles, una nave espacial entrando en órbita o un simple juego de pelota, los principios del momento proporcionan información valiosa sobre lo que sucederá a continuación y por qué. Al aplicar la ley de la conservación del momento, los físicos e ingenieros pueden predecir resultados en escenarios donde los objetos chocan o se separan, una habilidad fundamental para diseñar todo, desde vehículos hasta equipos de seguridad.

Este principio asegura que en un sistema cerrado—sin fuerzas externas—la cantidad acumulada de momento permanece inalterada a pesar de las interacciones entre objetos dentro del sistema.


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Conservación del momento

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