El momentum

La propiedad llamada cantidad de movimiento o momentum está asociada a la cantidad de masa que tiene un objeto y a la velocidad con que este se mueve; es transferible, es decir, una persona o un objeto pueden transferir momentum a un cuerpo.

  • Segundo Ciclo
  • Última actualización: 12/07/2010
  • Imprimir

Índice de Temas:

  1. El momentum
  2. Experimento de la harina
  3. Experimento del carrito

El momentum

Cuando más fuerte quieres golpear un balón, tanto más deprisa debes mover el pie. La razón es que la fuerza que puedes aplicar al balón depende de la energía del pie, en este caso energía cinética.

Cuando más fuerte quieres golpear un balón, tanto más deprisa debes mover el pie. La razón es que la fuerza que puedes aplicar al balón depende de la energía del pie, en este caso energía cinética.

Hay otra propiedad llamada cantidad de movimiento o momentum. Esta propiedad está asociada a la cantidad de masa que tiene un objeto y a la velocidad con que este se mueve; es transferible, es decir, una persona o un objeto pueden transferir momentum a un cuerpo. Para esto debemos interactuar con él; dicho de otro modo, debemos ejercerle una fuerza.

Ahora bien, si todas las fuerzas sobre un sistema, sea este un cuerpo o un conjunto de cuerpos, se anulan entre sí, es decir, la fuerza neta sobre el sistema es igual a cero, entonces el momentum del sistema se conserva, lo que significa que su cantidad de movimiento no cambia, es constante. Lo anterior se refiere a que, por ejemplo, si queremos mover una pelota de fútbol, debemos patearla. Si nadie patea la pelota, esta no se mueve. La acción de patear la pelota implica que el jugador le transfiere momentum propio al sistema pelota.

Realiza el experimento del carrito para entender lo que te explicamos.

Cuando un objeto está detenido, decimos que la cantidad de movimiento es cero. Para ilustrar esto, vuelve al experimento del carrito. Antes de cortar el hilo, las interacciones totales (fuerza neta) sobre el carrito y la piedra son cero, pues este está detenido; al cortar el hilito no hacemos ninguna fuerza sobre el sistema, de modo que su momentum debe permanecer constante. Dicho de otro modo, el momentum siempre debe ser cero. Una vez que cortamos el hilo, vemos que la piedra sale disparada hacia una dirección, o sea, adquiere momentum. Luego, como en el sistema carrito-piedra la cantidad de movimiento es cero, entonces el carro debe moverse en dirección opuesta, contrarrestando el movimiento de la piedra, que es lo que observamos en nuestro experimento.

La conservación del momentum es muy importante para nosotros, pues permite entender muchos fenómenos que ocurren en la naturaleza. ¿Te has preguntado alguna vez cómo pueden maniobrar y moverse las naves en el espacio exterior? Allá no existe nadie que pueda empujarlas, no existen carreteras ni caminos donde estas puedan moverse; tampoco existe aire, como en nuestro planeta, de modo que puedan volar. Entonces, ¿cómo lo hacen?

Hablemos de la energía

¿Has escuchado alguna vez la palabra energía? Seguramente sí. En televisión, en los dibujos animados, cuando estamos demasiado activos o tenemos ganas de hacer muchas cosas, decimos que tenemos energía. Pero, ¿qué es la energía?

La energía es otra propiedad de la materia; todos los objetos contienen o poseen energía. Además, ésta es transferible y es posible transformar energía desde un tipo a otro. Cuando existe una interacción y esta interacción produce un movimiento, también existe un intercambio de energía.

La energía se presenta en dos formas: la energía potencial y la energía cinética. La energía cinética es aquella asociada al movimiento de los cuerpos; cualquier objeto que se esté moviendo tiene asociada una cantidad de energía cinética. Por otro lado, la energía potencial es aquella que se encuentra guardada y puede ser transformada en energía cinética. Por ejemplo, la interacción gravitacional de cualquier cuerpo con el planeta Tierra genera la llamada energía potencial gravitacional.

Imaginemos que tenemos una pelota de tenis y un par de libros (sobrepuestos uno sobre otro) encima de una mesa. Si deseamos poner la pelota sobre los libros, entonces debemos interactuar con esta, y, levantándola, posarla sobre ellos; decimos entonces que le hemos entregado energía a la pelota, y esta guarda esa energía como energía potencial gravitacional; ahora bien, si queremos dejar nuevamente la pelota sobre la mesa, no tenemos para qué utilizar nuestra energía para hacer esto; sólo basta con darle un muy leve empujoncito y dejarla caer. Si hacemos esto, vemos que la energía potencial que tenía la pelota se ha transformado en energía cinética, pues cuando esta toca la mesa, llega con cierta rapidez. 

Este efecto es el mismo que nosotros utilizamos para zambullirnos con un piquero en una piscina. Si estamos parados sobre su borde, sabemos que sería muy difícil lanzarnos desde ahí con velocidad, pues nuestras piernas no tienen tanta energía para entregarla tan rápidamente. Entonces, utilizamos una tabla que se encuentra a una determinada altura de la superficie del agua. Mientras subimos, vamos convirtiendo lentamente, tan lento como subamos, la energía de nuestro cuerpo en energía potencial gravitacional. Una vez que nos lanzamos, transformamos toda esa energía potencial en energía cinética, de modo que entramos con velocidad al agua. Es también por esto que te cansas mucho más cuando subes una escalera que cuando la bajas. Mientras que para subir utilizas la energía de tu cuerpo, para bajar no debes hacer casi ningún esfuerzo: bajas utilizando la energía potencial gravitacional.

A través del concepto de energía podemos entender el experimento del carrito. Los resortes o elásticos tienen la capacidad de almacenar energía; esta energía es conocida como energía potencial elástica. Cuando realizamos el experimento del carrito, la interacción que tuvimos que realizar se tradujo en estirar el elástico. Cuando hicimos esto, utilizamos energía de nuestro cuerpo, la cual quedó almacenada en el elástico. Una vez que cortamos el hilo con el fuego del fósforo, la energía potencial elástica se transformó en energía cinética, lo que nosotros observamos como el movimiento del carrito y la piedra.

¿Es posible que, sin dar energía al elástico, hubiéramos obtenido movimiento? Pues bien, en el experimento del carrito observamos que este, después de cortar el hilo, comienza a moverse. También observamos que pronto se detiene. ¿Por qué se detiene? Una vez que el elástico entrega toda su energía potencial, esta se reparte entre la energía cinética de la piedra y del carrito. ¿Cuál es la causa de que el carrito pierda esta energía cinética? La detención del carro es producto de las interacciones de contacto existentes entre los distintos elementos que componen el carrito.

Entre las interacciones de contacto podemos identificar dos tipos de fuerza: la fuerza de reacción al contacto o normal y la fuerza de roce. La fuerza de reacción al contacto o normal se produce siempre que exista contacto entre dos cuerpos, y se caracteriza por ser perpendicular (90º) a las superficies. En el ejemplo de la manzana, es la fuerza que sentiríamos si nosotros nos pusiéramos en el lugar de esta. O bien es la fuerza que tú sientes cuando te apoyas en una pared.

La fuerza de roce se produce siempre que existe movimiento relativo entre cuerpos que se encuentran en contacto. Por ejemplo, cuando deslizamos un bloque de madera sobre una mesa, el bloque se mueve en relación a la mesa, y desde el punto de vista del bloque, la mesa se mueve en relación a él. El roce o fricción se caracteriza por disipar energía. Tal es el caso del experimento del carrito, en el cual la fricción entre las ruedas y el eje y carro mismo con el aire disipan la energía que transmitió el elástico al móvil ?¿qué sucede con las ruedas y la mesa?, ¿se disipa energía en esa interacción?

¿Qué significa decir: "se disipa la energía"? Si investigamos en el diccionario el significado del término disipar, encontraremos que se refiere a desaparecer, esparcir gradualmente, desvanecer [una cosa] por la disgregación y dispersión de sus partes.

¿Qué tiene esto que ver con la energía? Ciertamente, cuando en física utilizamos el término disipar la energía, nos referimos al hecho de que la energía de un cuerpo se desvanece gradualmente debido a la presencia de fuerzas de fricción durante un movimiento.

Ahora bien, la pregunta es: ¿cómo se desvanece la energía? Para responder a esto pondremos nuestra atención en un fenómeno muy simple. ¿Te has fijado que cuando friccionas dos superficies, estas se calientan? Supongamos que mueves un bloque de madera sobre una mesa. Cuando esto sucede, tú estás utilizando tu energía corporal para producir el movimiento. Esto se traduce en que el bloque adquiere energía cinética. Sin embargo, como producto de las interacciones de fricción, la energía del bloque se transforma en calor. Por esta razón, cuando tenemos frío frotamos nuestras manos. Cuando un músculo se encuentra desgarrado se recomienda aplicar calor; por esto muchas veces nos dicen que debemos hacernos masajes o friegas calientes.

¿Qué sucedería si nos acostáramos sobre un clavo? ¿Cómo actúan las fuerzas de contacto en este caso? Si nos acostamos sobre un clavo, seguramente nos haremos mucho daño, tanto que hasta podríamos morir; pero, ¿cómo lo hacen entonces los faquires (personas que se acuestan sobre camas de clavos)?

Material de apoyo