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Momento lineal - Cantidad de movimiento - Impulso


Momento lineal o cantidad de movimiento es la medida de la capacidad que tiene un cuerpo en movimiento de ejercer una fuerza sobre otro que se encuentre en su camino.
Ese momento lineal de cada partícula individual varía después del choque.

El valor del momento lineal es el producto: p=m·v (m=masa v= velocidad).

La magnitud que nos mide la variación del momento lineal de una partícula se llama impulso. Es el producto I=F·t (F= fuerza t= tiempo).

Cuando aumentamos el momento lineal de un cuerpo, está recibiendo impulso positivo; cuando disminuimos ese mismo momento lineal, el impulso es negativo.

El momento lineal de un sistema de varias partículas es la suma vectorial de los momentos lineales de todas ellas. Y ese momento lineal total es constante, se conserva después del choque.

Principio de conservación del momento lineal:

Cuando un sistema de partículas no recibe impulso del exterior, su momento lineal total es constante.

Cuando dos cuerpos chocan puede suceder:
- que parte de la energía que llevan se utilice en deformarlos
- que parte de la energía que llevan se disipe en forma de calor
- que esa pérdida de la energía que llevan sea despreciable.

Si en un choque se conserva la energía cinética total de las partículas, el choque se considera elástico.
En este caso, la conservación del momento lineal y de la energía cinética determinan totalmente la velocidad de cada partícula tras el choque,

Aunque en la Naturaleza no se puede decir que existan choques totalmente elásticos, hay muchos casos en que la variación de energía en un choque es tan pequeña que no se puede detectar. En esas circunstancias diremos que el choque es elástico.

Un choque es absolutamente inelástico cuando se produce la mayor pérdida de energía posible, compatible con la conservación del momento lineal total. En el caso de choques frontales, esto supone que ambas partículas quedan adheridas una a otra.

Al contrario que en el caso del choque elástico, existen numerosos casos de choques absolutamente inelásticos.

Esto es lo que sucede, por ejemplo, cuando una bala se incrusta en un bloque de madera, o cuando un núcleo atómico absorbe una partícula en un reactor nuclear.

Los choques de partículas reales no tienen por qué ser totalmente elásticos o totalmente inelásticos. Existe un coeficiente K, llamado de restitución, que puede variar de 0 a 1 midiendo el grado de elasticidad.

También puede que los choques no sean frontales, por lo que existe un parámetro de impacto P que varía entre 1 para un choque frontal y 0 para el caso en que un cuerpo pasa rozando al otro.

Es decir que existen dos casos ideales en los que es posible determinar totalmente cómo se va a mover cada partícula después de un choque:

- El choque frontal elástico, donde se conserva tanto la energía cinética como el momento lineal.
- El choque frontal absolutamente inelástico, donde ambas partículas permanecen unidas tras el choque. En este caso se produce la mayor pérdida de energía posible.

Los choques reales oscilarán entre estos dos extremos según el valor de un coeficiente llamado de restitución que toma un valor mayor o igual a cero y menor o igual a uno.

Además, no son necesariamente frontales. Un choque tangencial tiene un parámetro de impacto 0 , mientras que para uno frontal este parámetro vale 1.

Desintegración de partículas en dos fragmentos

Si un cuerpo está en reposo y, por causas internas, se separa en fragmentos, se seguirá cumpliendo la conservación del momento lineal porque sigue sin haber fuerzas externas que lo modifiquen.

Gracias a este principio de conservación, por ejemplo, si una persona situada sobre una pista de hielo lanza una bola de nieve en una dirección, no puede evitar desplazarse en sentido opuesto. Del mismo modo, si un fusil dispara un proyectil, el fusil sale despedido en sentido opuesto (a menos que lo sujetemos fuertemente y resistamos el impulso de retroceso).

Dentro del mundo atómico, el principio de conservación del momento lineal es también el responsable de que, si un núcleo atómico se desintegra emitiendo una partícula, el resto del núcleo debe moverse en sentido opuesto.

Desintegración de partículas en tres fragmentos

Cuando un cuerpo se desintegra, no tiene que hacerlo forzosamente en dos partes; puede que la desintegración se produzca en tres, cuatro o infinidad de fragmentos.

La explosión de un cohete de feria, por ejemplo, conlleva su desintegración en multitud de fragmentos. ¿Pueden tener los fragmentos cualquier dirección y velocidad? Pues casi, casi; salvo que la conservación del momento lineal limita las posibilidades de, por lo menos, alguno de ellos.
Conclusiones sobre la desintegración de sistemas de partículas

Cuando un sistema se desintegra en dos, tres o cualquier número de partículas, bajo la única acción de fuerzas internas, el momento lineal se debe conservar.

Esta condición hace que, en todos los casos, uno de los fragmentos tiene una velocidad y dirección de movimiento determinada únicamente por la conservación del momento lineal.

Veamos un par de ejemplos:

Cuando un átomo se desintegra radiactivamente, el núcleo debe moverse en dirección opuesta a la partícula emitida, para conservar el momento lineal

Al lanzar un cohete, la masa y velocidad de los gases que escapan determinan la velocidad que puede alcanzar el cohete en sentido opuesto, debido a la conservación del momento lineal.

De un trabajo en internet por
José Luis San Emeterio Peña

N. de la R.: El tema de las leyes o principios de conservación del momento lineal, de conservación de la energía mecánica total, etc. suelen crear a veces alguna confusión. Luego de décadas de intentar (y muchas veces lograr) transmitir adecuadamente esos conceptos que forman parte de la base de la comprensión del universo y sus reglas, pedimos a nuestros amigos visitantes asiduos de este blog que envíen preguntas concretas que nos permitan respuestas también concretas. No queremos continuar repitiendo lo general. Preferimos tratar lo particular. Porque así ayudaremos a no desperdiciar la tan valiosa energía que consume tanto el formular una pregunta como en responderla. Gracias por comunicarse permanentemente con nosotros.

Prof. Daniel Galatro


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