Un pasajero continúa en movimiento cuando un vehículo frena. El cinturón de seguridad proporciona la fuerza necesaria para cambiar el momento (cantidad de movimiento) del pasajero.
Construya el modelo
La fuerza resultante causa aceleración, no movimiento en sí mismo.
El momento lineal es masa multiplicada por velocidad.
Para un sistema aislado, el momento lineal total se conserva incluso cuando la energía cinética no se conserva.
Momento lineal: Masa multiplicada por velocidad.
Fuerza resultante: La suma vectorial de las fuerzas sobre un objeto.
El mismo impulso, 600 N s, distribuido en un tiempo mayor requiere una fuerza menor
Elija evidencias que puedan probarlo
El impulso es igual al cambio en el momento lineal.
Aumentar el tiempo de detención para el mismo cambio de momento lineal reduce la fuerza promedio.
Identifique las fuerzas externas antes de aplicar la conservación del momento lineal.
En el laboratorio: Dibuje un diagrama de cuerpo libre que contenga únicamente las fuerzas sobre el objeto seleccionado. Para mediciones de resorte, agregue cargas en pasos dentro del rango elástico y mida la extensión desde la posición sin carga.
Trabaje desde cantidades conocidas
Conocido: un pasajero de 60 kg desacelera de 10 a 0 metros por segundo en 0.50 s. Δp = m(v-u) = 60(0-10) = -600 kg·m/s.
F promedio = Δp/Δt = -600/0.50 = -1,200 N.
El signo indica que la fuerza se opone al movimiento inicial.
Tu turno: Un carro de carga de 2 kg viaja a 3 metros por segundo. Encuentra su momento.
Verifique la conclusión y sus límites
Las fuerzas equilibradas no requieren que el objeto esté en reposo.
La masa y el peso tienen unidades y significados diferentes.
No es cierto: Un objeto que se mueve con velocidad constante debe tener una fuerza resultante distinta de cero. Por la primera ley de Newton, velocidad constante —incluyendo movimiento uniforme— significa fuerza RESULTANTE nula. Pueden existir fuerzas, pero se equilibran; una fuerza resultante distinta de cero cambiaría la velocidad.
Clave:
La fuerza resultante causa aceleración, no el movimiento en sí.
El impulso es igual al cambio en el momento lineal.
Presta atención: las fuerzas equilibradas no requieren que el objeto esté en reposo.
Escribir a partir de un momento de 32 kilogramo metro por segundo
Un carrito de 4 kg se mueve a 8 metros por segundo y se detiene en 0.40 s.
Encuentra el momento lineal y la fuerza media. Una velocidad constante requiere fuerza neta cero.
Escribir a partir de un cambio de momento de 6 kilogramo metro por segundo
Una pelota de 0.50 kg invierte su velocidad de +6 a −6 metros por segundo en 0.25 s.
El cambio de momento es 0.50 × (−12) = −6 kg m s⁻¹, por lo que la fuerza media es −6 ÷ 0.25 = −24 N — una INVERSIÓN cambia el momento en el doble del valor de un solo sentido.
Escribir a partir de una distancia de parada dividida en 36 metros
A 20 m s⁻¹ el conductor reacciona durante 0.60 s y luego frena durante 24 m.
Distancia de reacción 20 × 0.60 = 12 m, total 12 + 24 = 36 m — la fatiga aumenta el primer término, los frenos desgastados el segundo.
Escribir a partir de una conservación total
Un carro de 2 kg a 3 m s⁻¹ se acopla con un carro estacionario de 1 kg.
Momento total 6 kg m s⁻¹ = 3 kg × v, así que v = 2 m s⁻¹ — el par comparte el momento; el más rápido no lo conserva solo.
Explorar
Same impulse, different stopping time
Start with the 60 kg passenger stopping from 10 m/s in 0.50 s. Compare a longer change time; signed momentum change stays fixed while average force changes.
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