¿Qué es el impulso lineal?

Momento lineal () de un cuerpo se define como el producto de la masa y la velocidad del cuerpo.

 

El impulso lineal es un vector Cantidad, teniendo tanto una magnitud como una dirección. La dirección del vector de impulso es en la dirección de la velocidad del cuerpo. La unidad SI para medir el momento es kg m s-1.

El momento es una cantidad extremadamente útil para calcular, ya que se conserva en sistemas cerrados.

Tasa de cambio de impulso

Para cambiar el impulso de un cuerpo, se le debe aplicar una fuerza. los La fuerza neta requerida es igual a la tasa de cambio de momento. En símbolos, podemos escribir como:

Esta es una declaración de la segunda ley de movimiento de Newton. De hecho, esto se acerca más a la forma en que Newton mismo usó para expresar la ley. Como hemos visto en nuestra discusión de la segunda ley de Newton cuando la masa del cuerpo se mantiene constante, podemos usar esta ecuación para recuperar la expresión más familiar de la segunda ley de Newton, .

Para considerar los casos en que cambia la masa de un cuerpo (para cohetes, por ejemplo), encontramos otra expresión. . Usando la regla de la cadena, obtenemos:

Impulso | Teorema del impulso-impulso

Consideremos la colisión entre dos objetos. p.ej. la colisión entre la raqueta de tenis y la pelota cuando un jugador sirve. Para un espectador, la colisión parece instantánea, pero este no es el caso. Si usó una cámara de alta velocidad, grabó un saque de tenis y luego lo redujo, notaría que la raqueta y la pelota están en contacto durante algún tiempo, durante las cuales tanto la raqueta como la pelota se deforman. Durante este tiempo, la fuerza que la raqueta ejerce sobre la pelota no es constante..

¿Qué es Lineal Momentum?

Supongamos que la raqueta y la pelota entraron en contacto a la vez.  y que el contacto duró hasta un tiempo. . Tomando la ecuación , Podemos reorganizar e integrar durante el período de tiempo para obtener la fuerza total:

Si tomamos el cambio en el impulso de ser , podemos escribir

La cantidad  es el área bajo una gráfica de fuerza vs. tiempo. También es llamado impulso ():

y, como vimos arriba, 

Esta expresión anterior a veces se denomina teorema del impulso-impulso.

Unidades de impulso son kg m s.-1 o N s.

Si dibujamos una gráfica de cómo la fuerza que actúa entre dos cuerpos en una colisión varía con el tiempo, obtendríamos la curva azul en la siguiente gráfica. Como mencionamos anteriormente, el área debajo de este gráfico es igual al impulso. Tenga en cuenta que podemos llegar a un fuerza media,), tal que  .

¿Qué es Lineal Momentum - Force vs Time Graph?

Ejemplo de momento lineal

Fuerza ejercida sobre una pared por el agua de una manguera

Supongamos una tubería de agua con sección transversal. llevar agua a una velocidad  Está dirigido horizontalmente a una pared. Podemos encontrar la fuerza  ejercido en la pared por el agua de la tubería:

Qué es Linear Momentum - Fuerza en una pared por el agua desde una manguera horizontal

Cambio en la velocidad del agua. Una vez que el agua golpea la pared, viaja por la pared, perdiendo toda la velocidad horizontal. Por lo tanto, .

Masa de agua por segundo (el caudal) , dónde  es la densidad del agua y  es el volumen. Ahora,  Volumen de agua que sale de la tubería por segundo. Dado que el área transversal es , dónde  es la distancia recorrida por el agua por segundo.

Ahora tenemos . Ya que , tenemos:

El signo negativo indica que la fuerza ejercida. en agua Por la pared está a la izquierda (en este diagrama). La fuerza ejercida por el agua en la pared debe tener la misma magnitud pero actuar en la dirección opuesta (según la tercera ley de Newton). Entonces, la fuerza ejercida por el agua en la pared es:

Ejemplo 1

Una pelota de tenis con una masa de 0.058 kg se lanza hacia arriba en el aire y se golpea horizontalmente con una raqueta. Después de estar en contacto con la raqueta durante 0.01 s, la bola sale con una velocidad horizontal de 54 m s.-1. Calcula la fuerza media ejercida sobre el balón..

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Imagen de cortesía:
"Serve of girl at tennis" por Jeuwre (Trabajo propio) [CC BY-SA 4.0], a través de Wikimedia Commons