Impulso de una fuerza
Con certeza has golpeado una pelota jugando tenis, fútbol, voleibol. En todos estos juegos haz puesto en movimiento la pelota a partir de la acción de otro cuerpo sobre ella. El contacto de la pelota con la mano o el equipamiento apropiado, según sea el deporte de que se trate, cambian el estado de movimiento: la forma de su trayectoria, aumenta o disminuye su velocidad.
Centremos la atención en el momento del saque en un juego de voleibol.
El jugador ejerce una fuerza sobre la pelota para ponerla en movimiento. Esta acción dura un tiempo extremadamente pequeño, del orden de las centésimas de segundo, pero como la intensidad de la fuerza es muy grande, el impulso producido es lo suficientemente grande para que la bola salga del reposo con gran velocidad.
Dos factores contribuyen a obtener el efecto deseado: la fuerza aplicada y el tiempo de su aplicación.
Al producto F ?t se le denomina impulso de una fuerza y es una magnitud física vectorial cuya dirección y sentido coincide con el de la fuerza.
Es el resultado de multiplicar una magnitud vectorial (fuerza) por una escalar (intervalo de tiempo). Como el producto de un vector por un escalar es un vector. Su módulo corresponde al módulo de la fuerza multiplicado por el tiempo de actuación.
En el SI la unidad de medida del impulso de una fuerza es N s.
Cantidad de movimiento
¿De qué depende la cantidad de movimiento que posee un cuerpo?
Cuando un cuerpo de masa “m” se mueve con velocidad “v” decimos que posee cierta cantidad de movimiento “p”.
{flv}cantidad de movimiento{/flv}
La cantidad de movimiento es una magnitud vectorial, cuya dirección y sentido coincide con el de la velocidad y se representa por la letra p. En el SI la unidad de cantidad de movimiento es el kilogramo metro por segundo (kg ? m/s) .
- La velocidad y la cantidad de movimiento son magnitudes que se relacionan estrechamente, sin embargo, expresan propiedades diferentes:
- La velocidad informa sobre la rapidez, dirección y sentido con que el cuerpo se mueve.
- La cantidad de movimiento es una magnitud que caracteriza al movimiento mecánico de los cuerpos, pero de un modo diferente a la velocidad. Además permite conocer sobre el esfuerzo requerido para variar la velocidad del cuerpo (aumentarla o disminuirla).
Vector cantidad de movimiento
Así como el impulso, la cantidad de movimiento también es un vector. Su dirección y sentido coincide con el del vector velocidad y su módulo corresponde el producto del módulo de la velocidad por la masa.
Cuando una fuerza se aplica sobre un cuerpo varía la cantidad de movimiento que posee. La relación entre el impulso y la cantidad de movimiento queda expresada mediante la siguiente ecuación.
Ejemplos
Un camión tiene mayor cantidad de movimiento que un auto moviéndose a igual velocidad. Los cambios en la cantidad de movimiento que tiene un cuerpo pueden suceder cuando varía la masa, la velocidad o ambos. Si un cuerpo varía la velocidad tiene aceleración, y si hay aceleración es que existe una fuerza neta actuando sobre él. Además de la fuerza en la cantidad de movimiento incide el tiempo en que se aplica la fuerza: •
- Si una fuerza no muy grande se aplica durante poco tiempo, se producirá un cambio pequeño de su cantidad de movimiento.
- Pero si esa misma fuerza se aplica durante un mayor tiempo, el cambio en su cantidad de movimiento será mayor. Es decir, la variación de la cantidad de movimiento depende de la fuerza y del intervalo de tiempo.
En estas ideas se sustentan algunos de los dispositivos que protegen la vida de los pasajeros de los medios de transporte: cinturones de seguridad y de air bags. En estos dispositivos se aumenta el tiempo que dura el impacto (choque) y disminuye la fuerza del impacto.
EJEMPLOS RESUELTOS
Ejercicio 1
Determina el impulso de la fuerza que le ejerce un bate a una pelota de béisbol.
Análisis del problema: Es un problema abierto y debemos asumir valores lo más real posible para resolverlo. Calcularemos el impulso “J” conociendo la velocidad inicial, la velocidad final y la masa de la pelota y emplearemos las ecuaciones que aparecen a continuación:
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Resolviendo
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Ejercicio 2
Determina la cantidad de movimiento del auto.
Ejercicio 3
Una pelota de béisbol de 80 g es lanzada con una velocidad de 24 m/s. Después de bateada su velocidad es de 36 m/s, pero en sentido opuesto.
a) ¿Cuánto varió el valor de la cantidad de movimiento?
