Una persona puede usar el impulso de forma regular o de vez en cuando. También es el principio que empleamos cada vez que golpeamos una pelota. Además, cubriremos el impulso, la fórmula del impulso, la derivación de la fórmula del impulso y un caso resuelto en este campo. También aprenderemos sobre la relación entre cantidad de movimiento e impulso.
Hemos pateado una pelota, golpeado un saco de boxeo y participado en deportes usando cualquier tipo de pelota en nuestra vida diaria; en todas estas actividades empleamos el impulso sin darnos cuenta. En consecuencia, ¿qué es el impulso y qué tiene que ver con estas situaciones? Primero debemos discutir la idea de cantidad de movimiento antes de que podamos considerar el impulso.
Impulso
El término “impulso” se relaciona con la fuerza de algo. También sirve como indicador de lo difícil que es detener un elemento.
Además, un objeto estable o inmóvil no tiene movimiento o tiene cero movimiento. Además, un elemento enorme que se mueve lentamente tiene un impulso significativo, al igual que un elemento pequeño que se mueve rápidamente. Una fuerza puede influir en la velocidad de un objeto en cualquier dirección. Además, si la velocidad del objeto varía, el momento también cambia.
En atletismo, el término «impulso» se usa con frecuencia. Cuando un experto dice que un jugador tiene impulso, significa que la persona se está moviendo realmente y que detenerlo es extremadamente difícil. Debido a que un cuerpo con cantidad de movimiento no se puede detener, es necesario ejercer una fuerza en contra de su dirección de movimiento durante un tiempo determinado. Cuanto más impulso hay, más difícil es detenerlo. Como resultado, se necesita una mayor cantidad de energía, así como un período de tiempo significativo para que el cuerpo se detenga por completo. La velocidad del cuerpo varía a medida que la fuerza actúa sobre él durante un período de tiempo específico y, por lo tanto, el momento del cuerpo cambia.
Fórmula de impulso
La fórmula para el impulso de cualquier objeto se da como:
p = mv
dónde,
- m es la masa del objeto
- p es el impulso
- v es la velocidad del objeto.
Además, el momento es un vector que es igual al producto del vector velocidad y la masa. Pero, ¿cuál es la relación entre impulso y cantidad de movimiento? Cuando una fuerza actúa sobre un elemento durante un breve período de tiempo, la medida de cuánto modifica la fuerza el impulso del elemento se llama impulso.
Impulso y su ecuación
Cuando una fuerza neta actúa sobre un cuerpo, provoca una aceleración que cambia el movimiento del cuerpo. Una fuerza neta mayor dará como resultado una aceleración mayor que una fuerza neta pequeña. Si las fuerzas grandes y pequeñas ocurren en diferentes períodos de tiempo, el cambio general en el movimiento del objeto podría ser el mismo. La combinación de fuerza y tiempo que actúa es una cantidad valiosa que conduce a la definición de impulso.
El producto de la fuerza neta promedio que actúa sobre un elemento durante un cierto período de tiempo a veces se denomina impulso.
La siguiente es la fórmula para el impulso:
J = F × Δt
Aquí,
- J es el impulso
- Δt es el intervalo de tiempo
- F es la fuerza.
Vale la pena señalar que asumimos que la fuerza permanece constante a lo largo del tiempo. Al igual que la fuerza, el impulso es una cantidad vectorial con dirección.
Teorema de impulso-cantidad de movimiento
Una persona debe conocer la mecánica de las colisiones. Las leyes del impulso y la primera ley (conocida como la ecuación del cambio en el impulso) gobiernan las colisiones. En una colisión, el cuerpo se somete a una fuerza durante un período de tiempo específico, lo que provoca un cambio en la cantidad de movimiento. El cuerpo se ralentiza, se acelera o cambia de dirección como resultado de una fuerza que actúa durante un cierto período de tiempo.
En una colisión, el objeto recibe un impulso equivalente a un cambio de cantidad de movimiento. Considere a un futbolista que está corriendo por el campo cuando choca con un back defensivo. El ritmo y el impulso del corredor cambian como resultado del contacto.
El teorema Impulse-Momentum ayuda en la comprensión de estos dos conceptos. El teorema simplemente afirma que el cambio en el momento de un objeto es proporcional a la cantidad de impulso que se le aplica.
La fórmula alternativa de impulso se da como:
J = Δp = pags F – pags yo
dónde,
- Δp es el cambio en el momento
- p f es el impulso final
- p i es el impulso inicial
Dado que la masa del objeto permanece constante, también se puede dar como:
J = metro × (v f −v yo )
dónde,
- m es la masa del objeto
- v f es la velocidad final
- v i es la velocidad inicial
Lo más importante es que la fórmula correlaciona el impulso con el cambio de momento del objeto. Además, el impulso se puede medir en kilogramos metros por segundo (kg m/s) o Newton por segundos (Ns).
Ejemplos de impulso
Algunos de los ejemplos de impulso se dan a continuación:
- Cuando alguien cae de una cama al suelo, sufre más daño que si cae sobre un montón de arena. Esto ocurre porque la arena cede más que el piso cementado, aumentando el tiempo de contacto y reduciendo el efecto de la fuerza.
- Por la misma razón, las cuerdas de nailon se utilizan en el deporte de la escalada en roca. Los escaladores usan cuerdas de nailon para sujetarse a las paredes rocosas. Un escalador comenzará a caerse si pierde el control sobre la roca. En este caso, su velocidad eventualmente será disminuida por la cuerda, evitando una peligrosa caída al suelo.
- Los bateadores con frecuencia reciben instrucciones de seguir adelante mientras golpean una pelota en los deportes de raqueta y bate. Los videos de alta velocidad de las colisiones entre bates/raquetas y pelotas han indicado que el acto de seguir sirve para alargar la duración de la colisión. En el teorema de cambio de impulso-cantidad de movimiento, este aumento en el tiempo debe resultar en un cambio en otra variable.
Problemas de muestra
Problema 1: un artículo se detiene cuando choca con una pared sólida. Calcula el impulso del objeto si el objeto pesaba 2,0 kg y viajaba a una velocidad de 10 m/s antes de chocar con la pared.
Solución:
Dado:
Masa del objeto, m = 2,0 kg
Velocidad inicial de la pelota, v i = 10 m/s
Velocidad final de la pelota, v f = 0 m/s
La fórmula del impulso es:
J = metro × (v F − v yo )
Sustituye todos los valores en la ecuación anterior.
J = 2 × (0 – 10) kg·m/s
= -20 kg m/s
Por lo tanto, el impulso sobre el objeto es -20 kg m/s .
Problema 2: Un golfista golpea una pelota de 100 g de masa a una velocidad de 50 m/s. El palo de golf está en contacto con la pelota durante 2 ms. ¿Calcule la fuerza promedio aplicada por el palo sobre la pelota?
Solución:
Dado:
Cambio en la velocidad, Δv = 50 m/s
Masa de la pelota, m = 100 g = 0,1 kg
Tiempo de contacto, t = 2 ms = 0,002 s
La fórmula del impulso es:
J = F × Δt = m × Δv
F = m × Δv / Δt
Sustituye todos los valores en la ecuación anterior.
F = (0,1) × (50) / 0,002 N
=2500N
Por lo tanto, la fuerza promedio aplicada sobre la pelota es de 2500 N.
Problema 3: ¿Qué dos leyes gobiernan las colisiones?
Responder:
Las leyes del momento y la primera ley de Newton gobiernan las colisiones. Estas leyes juntas dan la ecuación del impulso que simplemente afirma que el cambio en el impulso de un objeto es proporcional a la cantidad de impulso que se le aplica.
Problema 4: ¿Por qué una persona se lesiona más al caer sobre el suelo que sobre la arena?
Responder:
Cuando alguien cae de una cama al suelo, sufre más daño que si cae sobre un montón de arena. Esto ocurre porque la arena cede más que el piso cementado, aumentando el tiempo de contacto y reduciendo el efecto de la fuerza.
Problema 5: Calcular el impulso sobre un cuerpo golpeado por una fuerza de 500 N con un tiempo de contacto igual a 0,1 s.
Solución:
Dado:
La fuerza ejercida sobre el cuerpo, F = 500 N
Tiempo de contacto, Δt = 0,1 s
La fórmula del impulso es:
J = F × Δt
=(500) × (0.1) norte
= 50 N·s
Por lo tanto, el impulso sobre el cuerpo es de 50 N s .