1ªLey de Newton. ¿Que ocurre en los choques y explosiones?

Aunque parezca que los choques, las explosiones, los cohetes no tienen nada que ver sin embargo al fijarnos más detenidamente observamos algo en común. Siempre hay dos partes interactuando una sobre otra. Newton fue el primero que desarrollo la física necesaria para estudiar estos problemas. Podemos ver en youtube ejemplos de todos estos casos:

En su primera ley o ley de inercia estableció que todo el movimiento o el reposo de un objeto tiende a conservarse en ausencia de fuerzas. En su libro “Principios matemáticos de filosofía natural” utiliza la cantidad de movimiento para tratar estos problemas.

En un sistema donde no actúen fuerzas exteriores la cantidad de movimiento total se mantiene constante.

1. Un petardo pesa 200g. Explota y se rompe en dos pedazos. Uno pesa 100 g y sale disparado con una velocidad de 40 m/s. ¿Qué ocurrirá con el otro?

2. En una carretera circula un camión cargado con 15000 kg de cemento y una velocidad de 100 km/h. Un coche de 2000 kg se salta un STOP en un cruce perpendicular y embiste al camión con una velocidad de 120 km/h. Quedan unidos formando un solo amasijo de hierros, cemento, dolor y muerte. ¿Cómo se moverá?

3. Una bola de billar se mueve a 5 m/s. Choca con otra bola igual que está quieta. Después del choque la primera se sigue moviendo formando un ángulo de 45º con la dirección inicial. ¿Cómo se mueve la otra? ¿Puedes decir algo de las velocidades?

4. En un lago helado un patinador se mueve bastante deprisa. Su masa es 90 kg y logra alcanzar una velocidad de 15 m/s. Choca y queda agarrado a una patinadora que está quieta. ¿Cómo se mueve ahora? ¿Puedes decir algo de las velocidades?

Más ejemplos:

1) Un objeto sobre el actúan fuerzas compensadas. Por la primera ley mantiene su dirección y velocidad.

Intuitivamente podemos resolver estas cuestiones:

c) Newton se dio cuenta que las fuerzas interiores se compensan por lo que en un choque la cantidad de movimiento se debe compensar.

b) Distinguir entre fuerzas exteriores y fuerzas interiores.

En un choque entre dos bolas de billar los rozamientos, los pesos, las normales son fuerzas exteriores. La fuerza que se ejerce entre ellas al chocar es interior.

Esta distinción es importante porque las fuerzas interiores siempre se compensan.

Isaac Newton para llegar a este descubrimiento necesitó:

a) Definir la cantidad de movimiento p=m.v como la magnitud que marca "cuanto" movimiento tiene un cuerpo. La cantidad de movimiento depende de la masa y de la velocidad y por tanto en principio un camión, aunque vaya despacio, tiene más cantidad de movimiento que un ciclista y por tanto en un choque puede producir mayores efectos.

2) Un choque entre dos vehículos. Las únicas fuerzas importantes en el momento de chocar son interiores, su suma es 0 y por tanto no se tienen en cuenta. El movimiento de los restos del accidente tienen la misma cantidad de movimiento que la que tenían lo coches antes de chocar.3) Un bola de billar que impacta contra las 15 bolas dispuestas en un triángulo. La cantidad de movimiento de la bola inicial es igual a la suma de las dieciseis cantidades de movimiento que hay después.4) En una explosión (o cohete a reacción) la cantidad de movimiento antes puede ser 0. Las fuerzas son interiores por lo que la cantidad de movimiento después es 0 también. La cantidad de movimiento de unos fragmentos se compensa con la cantidad de movimiento de los restantes. La 1ª ley de Newton o principio de conservación de la cantidad de movimiento permite calcular de una forma sencilla velocidades. Una vez que estamos seguros de que la fuerza total es 0, calcularemos la cantidad de movimiento inicial. Por la ley de Newton estamos seguros que la cantidad de movimiento final será la misma y así podremos calcular las velocidades finales.