1r ciclo choque entre camiones (uno con carga que pasa de uno a otro) con fuerzas de rozamiento

[oscarmuinhos]

Hace días cj2747 iniciaba el siguiente hilo: http://forum.lawebdefisica.com/threa...momento-lineal.

Discutiendo sobre la solución con otros miembros del foro se plantearon dudas que son previas a intentar solucionar el problema, en las que me gustaría que participasen otros miembros del foro y es por esta razón por la que doy inicio a este hilo.
La primera duda es la planteada por felmon38 sobre si se puede o no plantear la conservación del momento lineal en la dirección horizontal, habida cuenta de que existen fuerzas de rozamiento externas;
La segunda duda se refiere al sentido que ha de tener la fuerza de rozamiento entre el techo de los dos camiones y el tablón de madera que inicialmente está en camión de delante (inicialmente en reposo) y acaba en el camión de atrás (que es el que embiste al primero):
-esta fuerza de rozamiento arrastra al bloque de madera hacia adelante y, por lo tanto, (principio de acción-reacción) la correspondiente fuerza de rozamiento sobre el camiones tiene el mismo sentido que las fuerzas de rozamiento del suelo;
-o esta fuerza de rozamiento frena al bloque de madera hacia atrás y, por lo tanto, la correspondiente fuerza de rozamiento sobre los camiones es de sentido contrario al de las fuerzas de rozamiento que el suele ejerce sobre los camiones hacia atrás?

Agradecería que los miembros del foro más acostumbrados a este tipo de problemas os animéis a prestar vuestra aportación a este problema inicialmente planteado por cj2747.

Gracias y buen comienzo de año a los que hayáis celebrado el inicio del año en esta fecha y buen comienzo de año también por adelantado a cuantos todavía no lo hayáis celebrado.

[arivasm]

Re: choque entre camiones (uno con carga que pasa de uno a otro) con fuerzas de rozamiento

Se trata de un hilo largo, que además no he seguido, por lo que seguramente mi intervención aquí será en términos que muy probablemente ya habrán sido expuestos en el hilo.

En los problemas de choque es muy común recurrir a la aplicación de la conservación del momento lineal incluso aunque estén presentes fuerzas exteriores. La idea sería que si el tiempo durante el que se produce el choque es totalmente despreciable el impulso de la resultante de las fuerzas exteriores será nulo, de manera que el momento lineal del sistema justo antes del choque será igual al momento lineal del sistema justo después del choque.

Por supuesto, para estudiar la evolución ulterior del sistema sí será imprescindible tomar en consideración dichas fuerzas exteriores y, entonces, sus efectos sobre el momento lineal del sistema.

En definitiva, mi opinión respecto de la primera pregunta es que sí se puede recurrir a la conservación del momento lineal, pero sólo para el instante en el que ocurre el choque.

Con respecto a la segunda pregunta (he visto sólo el enunciado), el movimiento relativo entre el tablón y el techo de los camiones es (recurro al dibujo que aparece al comienzo del hilo para referirme a izquierda y derecha) de manera que el techo se desplaza hacia la derecha en un SR ligado al tablón; por supuesto, en un SR ligado al techo de los camiones el tablón se mueve hacia la izquierda. Por tanto, como la fuerza de rozamiento se opone al movimiento relativo, el tablón estará sometido a una fuerza de rozamiento que apunta hacia la derecha y los camiones a una, en el techo, que apunta hacia la izquierda.

[oscarmuinhos]

Re: choque entre camiones (uno con carga que pasa de uno a otro) con fuerzas de rozamiento

Feliz año, arisvam
Coincidimos en la primera duda. Efectivamente, entendiendo que el intercambio de momento lineal ocurre en un tiempo infinitisimamente corto (esto es precisamente lo que se entiende por choque), la acción de las fuerzas externas en el intercambio de momento lineal será despreciable del todo.

En la segunda duda, sigo teniendo dudas. Voy poner un esquema para explicarlo mejor:




El problema está en que ese tablón o bloque de madera pasa del camión de delante al de atrás en el mismo tiempo que invierten los coches en detenerse. Para la posición final de camiones y bloque de madera no encuentro más alternativas que las tres que pongo en la imagen:
Alternativa A: intuitivamente me parece físicamente imposible, pues implica que el tablón de madera (que hasta el instante del choque formaba una sola partícula con el camión B unidas únicamente por las ligaduras de la gravedad y el rozamiento) adquiere como consecuencia del choque una velocidad inicial de sentido contrario al impacto del camión A sobre B, velocidad que, lógicamente por la acción de la fuerza de rozamiento de los techos sobre el tablón (en este caso hacia la derecha) se va reduciendo (en esto no habría contradicción) hasta acabar detenido en el tiempo de 1 segundo.

La alternativa B: En esta alternativa el tablón (respecto a un observador externo inercial) no se ha movido de sitio y los camiones se desplazaron 1 m antes de detenerse. Un cálculo sencillo nos daría que la velocidad de los camiones después del choque es de 2 m/s y que frenan con una aceleración de 2 m/s2. Físicamente esta alternativa resulta totalmente contradictoria con el enunciado: no parece posible físicamente que un coeficiente de rozamiento entre tablón de madera y techos no sea capaz de arrastrar al tablón y pueda, sin embargo, un coeficiente 69 veces menor detener a los camiones en el tiempo de un segundo y en el recorrido de 1 m. Y efectivamente, al completar el cálculo obtuve un coeficiente de rozamiento entre el suelo y las ruedas de 0,20 y de 69 veces más para el bloque de madera y techos que serviría para arrastrar al tablón hasta una aceleración de 135,2 m/s2. Así pues, en mi entender, también incompatible con los datos del enunciado.

La alternativa C: En esta alternativa, bloque y camión B adquieren, como resultado del choque, una velocidad hacia la derecha (cada cual la suya) que, por la acción de los rozamientos (que en este caso sería hacia atrás sobre el bloque de madera y hacia adelante sobre los camiones) se acabaría reduciendo a cero en el tiempo de 1 segundo y a lo largo de un recorrido que habrá que calcular, pero que sabemos que el tablón recorre hasta de detenerse 1 m menos que los camiones.
Con estos razonamientos, encuentro, pues, (contrariamente al cálculo que hacen cj2747 y Breogán) que la fuerza de rozamiento entre techos y tablón actúa hacia la derecha sobre el tablón y hacia la izquierda sobre los camiones.

Pero...el cálculo no resulta tampoco aquí compatible con los datos.

Arisvam, gracias de nuevo y otra vez insisto: sería de agradecer que los miembros del foro más experimentados con estos problemas prestasen su opinión

Gracias


Ahora que lo acabo de escribir...me queda decir que la alternativa A es compatible con la conservación del momento lineal. Si fuesen dos las partículas, si una sale en un sentido la otra tiene que salir en sentido contrario...lo que aquí no acabo de entender es que tipo de interacción física "lanza" el tablón hacia atrás ...........

[arivasm]

Re: choque entre camiones (uno con carga que pasa de uno a otro) con fuerzas de rozamiento

Hola Óscar. Feliz año.

La alternativa A simplemente es contraria al carácter de la fuerza de rozamiento. Para el tablón es la resultante, por lo que el movimiento nos indica que está dirigida hacia la izquierda, a pesar de cómo es el movimiento relativo; es decir, se trataría de una fuerza que actúa a favor de dicho movimiento.

La alternativa B indica una fuerza resultante nula sobre el tablón. Sólo es compatible con un rozamiento nulo entre el tablón y el techo de los camiones. No logro imaginar cómo podría ser su movimiento para que se obtenga el coeficiente que indicas.

Como ya dije antes, la única alternativa que encuentro correcta es la C. ¿Debería mirar el hilo para saber por qué no es compatible con los datos, o será posible que me des una idea resumida del motivo?

Saludos!

- - - Actualizado - - -

Actualizo: como verás en el hilo en cuestión, sí es posible el caso A. Basta con que la velocidad del tablón tras el choque esté dirigida hacia la izquierda!

[oscarmuinhos]

Re: choque entre camiones (uno con carga que pasa de uno a otro) con fuerzas de rozamiento

A arisvam:
Yo simplemente elucubraba sobre las posibles posiciones (virtuales) que podría haber a partir del choque (porque yo necesito entender la física del problema antes de ponerme a los cálculos, y ya sabes que en la formación de los químicos practicamos muy poco la intución física, por lo menos yo) y solo encontraba esas y, cuando me puse a resolverlo, siempre encontraba que la segunda y la tercera eran incompatibles con los datos y solo me quedaba la primera que no acababa de entender (ni lo entiendo todavía, de ahí que me decidiera a poner este otro hilo) como puede explicarse físicamente que el tablón adquiera esa velocidad hacia atrás a consecuencia del choque.....


Si vuelves al hilo inicial que dio lugar a este verás que coincidimos en los resultados para las velocidades después del choque, pero no para la velocidad antes del choque (????)


Un saludo