Simulador de Colisiones 1D

🚀 ¿Qué pasa cuando dos bloques chocan?

Pista: no siempre rebotan, y mucho menos con la misma energía.

Con este laboratorio de colisiones unidimensionales vas a comprobar cuándo se conserva la energía cinética, por qué el momento lineal es sagrado (si nadie mete la mano), y qué diferencia hay entre un choque elegante y uno pegajoso.

📋 Detalles de la simulación

  • 📂 Categoría: Dinámica
  • 🎓 Nivel educativo: Bachillerato
  • ⚙️ Dificultad: Media
  • 📈 N.º de veces usada: 25
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Colisiones Unidimensionales: Momento, Energía y Centro de Masas

Hola a los estudiantes de Aula Quest. Hoy, eh, nos metemos de lleno en un tema de física que mola mucho: las colisiones en una dimensión.
Imaginaos, ¿no? Dos bloques en una pista, sin rozamiento, ¡zas!, chocan. ¿Qué pasa ahí exactamente?
Vamos a explorar juntos conceptos como, pues la cantidad de movimiento, la energía cinética, y eso del centro de masas, que son así como, importante.
Y lo bueno es que tenemos una simulación para verlo todo en acción, para que no sea solo teoría. Vamos a desgranarlo.
Exacto. Vamos a usar esa simulación como nuestro banco de pruebas. Veremos qué se conserva, qué cambia, según el tipo de choque.
Desde esos choques eh, perfectos, ideales, hasta cuando los bloques acaban hechos uno. La simu nos va a guiar.
Vale, genial. Pues, eh, empecemos por el principio. ¿Qué es exactamente una colisión? Ese momento súper rápido, ¿no?
Sí, es una interacción muy breve, pero muy intensa. Los cuerpos intercambian, bueno, intercambian velocidad, energía y, sobre todo, momento lineal.
En la simulación, de hecho, hay un deslizador de elasticidad. Eso es. Es clave para entender lo que pasa.
Ah, la elasticidad. Eso me lleva a los tipos de choque, ¿no? ¿Cuáles son?
Pues sí, podemos diferenciar, digamos, tres tipos ideales principales. Primero, la perfectamente elástica. Imagina bolas de billar.
Pero ideales, sin pérdidas. Rebota y ya está. Se conserva tanto el momento total como la energía cinética total. Todo igual, antes y después.
Como un rebote perfecto, vale.
Luego tenemos la inelástica o parcialmente elástica, que es lo más común en realidad. Aquí, ojo, el momento total sigue conservándose, sí.
Pero parte de la energía cinética, pues se pierde.
¿Se pierde? ¿A dónde va?
Bueno, no se pierde del todo, se transforma: en calor, en sonido... el ruido del choque... o en deformar los objetos.
Ah, claro. El típico "plas".
Ese. Y el caso extremo es la totalmente inelástica. El momento total se conserva, como siempre, en un sistema aislado, pero se pierde, digamos, la máxima energía cinética posible.
Lo característico es que los objetos, pues acaban moviéndose juntos, pegados.
Hm, vale, me hago una idea. Has hablado mucho del momento o cantidad de movimiento. Sé que es importante, pero, ¿por qué? ¿Qué es exactamente?
Masa por velocidad, ¿no? $p = m \cdot v$
Exacto, $p = m \cdot v$. Y es tan, tan importante porque, bueno, porque hay una ley de conservación detrás, muy potente.
Si el sistema está aislado, o sea, si no hay fuerzas raras de fuera, como rozamiento fuerte o algo así, el momento lineal total de todos los bloques juntos...
es exactamente el mismo antes y después del choque. No cambia.
O sea, que si un bloque frena, el otro tiene que acelerar para compensar, ¿algo así?
Justo. Si uno gana momento, el otro lo pierde en la misma cantidad. El total se mantiene constante.
En la simulación, si te fijas en la gráfica de momento total, es una línea... bueno, normalmente es una línea blanca. Es plana, horizontal.
A menos que choque contra el borde, ¿no? Contra la pared.
Claro. Porque la pared ya sería una fuerza externa al sistema de los dos bloques. Ahí sí cambiaría el momento total del sistema de bloques.
Entendido. Momento total constante si no hay fuerzas externas. ¿Y la energía cinética? La fórmula es $$ E_c = \frac{1}{2} m v^2 $$ ¿no? ¿Esa también se conserva siempre?
Ahí está el quid de la cuestión. La energía cinética total no siempre se conserva. Solo, y repito, solo se conserva en las colisiones perfectamente elásticas.
Las ideales.
O sea, en las otras dos, en la inelástica y en la totalmente inelástica...
Exacto. En esas, parte de la energía cinética se transforma, se convierte en otras formas de energía, como decíamos: calor, sonido, deformación.
Vale. Por eso si se pegan, que es la totalmente inelástica, se pierde el máximo de energía cinética posible.
Justo. La simulación te da los números. Si miras la energía cinética total antes y después, verás que baja si el choque no es perfectamente elástico. Y si se pegan, baja bastante.
Clarísimo. Momento conservado si hay aislado; energía cinética, bueno, solo conservada si es perfectamente elástica. Y nos queda el centro de masas. Suena importante, pero, ¿qué papel juega aquí?
Uf, el centro de masas. Es un concepto súper útil. Es como el punto promedio donde se concentra toda la masa del sistema.
Se calcula haciendo una media de las posiciones de los bloques, pero dando más peso al que tiene más masa. Una media ponderada, se llama.
Vale. ¿Y qué tiene de especial ese punto?
Pues lo increíble es que si el sistema está aislado —otra vez, sin fuerzas externas— la velocidad de ese punto, del centro de masas, es constante.
No cambia nada, aunque los bloques estén chocando entre ellos.
Anda, ¿en serio? Los bloques chocan, rebotan, se pegan... ¿y el centro de masas sigue como si nada?
Exacto. Sigue su movimiento rectilíneo y uniforme. Es como si viera el sistema desde fuera, sin enterarse de las interacciones internas.
En la simulación puedes marcar la opción "Ver CM" y lo verás. Un puntito que se mueve suave, constante, a veces incluso por el espacio vacío entre los bloques. Es fascinante verlo.
Wow. Es como... como el alma del movimiento del sistema, que no se perturba por las "peleas" internas.
Me gusta esa analogía. Sí, algo así. Representa el movimiento global del sistema.
Vale, creo que lo tengo. Recapitulando rápido: Momento total se conserva si el sistema está aislado. Energía cinética total, solo si es perfectamente elástica.
Y la velocidad del centro de masas, constante también si el sistema está aislado. Entonces, usar la simulación no es solo, pues eso, ver bloques moverse.
Es ver estas leyes en acción, ¿no? Entender qué significa conservación.
Totalmente. Pasas de memorizar la fórmula a pillar la idea, a entender la dinámica. Desarrollas intuición física. Y esto nos lleva a una última reflexión, quizás.
A ver.
Si el centro de masas de un sistema tan simple como dos bloques se comporta de forma tan... tan predecible, tan constante, a pesar de los choques internos...
¿Cómo podríamos usar esa idea, esa constancia del centro de masas, para simplificar el estudio de cosas mucho más complicadas? Piensa en, no sé, miles de partículas de gas chocando, o incluso planetas y estrellas interactuando en una galaxia. ¿Podría el concepto de centro de masas ayudar ahí también?
Uf, buena pregunta para dejarla en el aire. Analizar el movimiento global sin perderse en cada choque individual. Interesante.

💥 ¡Al Choque! Entendiendo las Colisiones de Bloques

Imagina dos bloques, uno rojo y otro azul, deslizándose por una pista sin rozamiento. ¿Qué pasa cuando se encuentran? ¡Chocan! Pero en física, un "choque" o colisión es mucho más que un simple golpe. Es una interacción intensa y breve donde los objetos intercambian momento y energía. ¿El resultado? Depende de las reglas del juego: su masa, su velocidad y el tipo de colisión.

En esta sección, vamos a desgranar la física que hay detrás de estos choques. Pero no te conformes con leer: la mejor manera de entenderlo es verlo en acción. Usa la simulación de la página para cambiar la masa, posición y velocidad de los bloques. ¡Experimenta y comprueba por ti mismo cómo se cumplen las leyes de la física!

🏃‍♂️ Momento Lineal: La "Inercia en Movimiento"

Antes de hablar de choques, necesitamos conocer a nuestro protagonista: el momento lineal (o cantidad de movimiento). Piensa en él como una medida de "cuánta movida" lleva un objeto. No es lo mismo parar a una persona que camina lento que a un camión a toda velocidad. El momento combina la masa y la velocidad en una sola idea. Se representa con la letra \( p \).

Un objeto con más masa o más velocidad tiene más momento lineal. Su cálculo es muy sencillo:

\( p = m \cdot v \)

Donde:

  • \( p \) es el momento lineal (se mide en kg·m/s).
  • \( m \) es la masa del objeto (en kg).
  • \( v \) es la velocidad del objeto (en m/s).

Importante: La velocidad tiene dirección. En un sistema unidimensional como el de nuestra simulación, la velocidad puede ser positiva (hacia la derecha) o negativa (hacia la izquierda). ¡El signo del momento lineal también depende de ello!

🤝 La Regla de Oro: La Conservación del Momento

Aquí viene la ley más importante de las colisiones, la que se cumple SIEMPRE (en sistemas aislados, como nuestra pista sin rozamiento). La ley de conservación del momento lineal dice que el momento total de un sistema antes de la colisión es exactamente igual al momento total después de la colisión.

El momento puede transferirse de un bloque a otro, pero la suma total no cambia. Es como si los bloques se "pasaran" el movimiento, pero nada se pierde por el camino.

Diagrama de dos bloques antes y después de una colisión, mostrando la conservación del momento.
El momento total del sistema (bloque rojo + bloque azul) es el mismo antes y después del choque.

Matemáticamente, lo expresamos así:

\( p_{\text{total antes}} = p_{\text{total después}} \)
\( m_1 \cdot v_{1, \text{antes}} + m_2 \cdot v_{2, \text{antes}} = m_1 \cdot v_{1, \text{después}} + m_2 \cdot v_{2, \text{después}} \)

¡Pruébalo en el simulador! Observa el valor del "momento total". Verás que, sin importar qué tipo de choque configures, este valor permanece constante antes, durante y después de la colisión.

¡Ojo, que tiene truco! La conservación del momento solo se cumple si el sistema está aislado, es decir, si nadie mete la mano ni actúan fuerzas externas. En nuestra simulación, eso significa: mientras los bloques chocan entre ellos sin tocar las paredes, el momento total se conserva. Pero en cuanto uno rebota contra una pared (aunque sea invisible y transparente), ya hay una fuerza externa actuando.

¿Resultado? Su momento cambia de signo (porque cambia de dirección), y el sistema deja de ser cerrado. A partir de ese instante, el momento total ya no se conserva.

📍 El Centro de Masas: El Punto que no se Inmuta

El Centro de Masas (CM) es el "punto de equilibrio" de nuestro sistema de dos bloques. Es un punto imaginario que se mueve como si toda la masa del sistema estuviera concentrada ahí. Su posición se calcula haciendo una media ponderada de las posiciones de los bloques:

\( X_{\text{CM}} = \frac{m_1 \cdot x_1 + m_2 \cdot x_2}{m_1 + m_2} \)

Lo realmente interesante es su velocidad. Gracias a la conservación del momento, la velocidad del Centro de Masas se mantiene constante durante toda la colisión. Los bloques pueden chocar, rebotar o quedarse pegados, pero el CM seguirá su camino tranquilamente, a la misma velocidad, como si nada hubiera pasado.

vCM = (m₁·v₁ + m₂·v₂) / (m₁ + m₂)

Esta fórmula muestra que la velocidad del CM depende de la cantidad de movimiento total del sistema dividido entre la masa total. Si no hay fuerzas externas, esa cantidad de movimiento se conserva… y el CM sigue avanzando sin alterarse.

En el simulador, observa cómo se desplaza este punto. Su trayectoria es predecible, constante y suave, completamente ajena al caos del choque entre los bloques.

⚡ Energía Cinética: La Energía del Movimiento

Además del momento, los objetos en movimiento tienen energía cinética (\( E_c \)), que es la energía asociada a su velocidad. A diferencia del momento, la energía cinética no es un vector, es un escalar (un número sin dirección) y siempre es positiva.

\( E_c = \frac{1}{2} m \cdot v^2 \)

La energía cinética total del sistema es simplemente la suma de las energías cinéticas de cada bloque. Y aquí viene la gran pregunta: ¿se conserva también la energía cinética en una colisión? La respuesta... depende del tipo de choque.

🤯 Los 3 Tipos de Colisiones

La conservación o no de la energía cinética es lo que nos permite clasificar las colisiones en tres tipos. ¡Vamos a verlos!

1. Choque Perfectamente Elástico

Es el choque "ideal", el más ordenado. En una colisión perfectamente elástica, tanto el momento lineal como la energía cinética total se conservan. Es como el choque de dos bolas de billar perfectas. No se pierde nada de energía en forma de calor, sonido o deformación.

  • ✅ Momento lineal: Se conserva.
  • ✅ Energía cinética: Se conserva.
  • Los bloques rebotan el uno contra el otro.

En el simulador, puedes explorar casos curiosos. Por ejemplo, si dos bloques de igual masa chocan elásticamente y uno de ellos está quieto, ¡intercambian sus velocidades! Pruébalo.

2. Choque Perfectamente Inelástico

Este es el extremo opuesto. En una colisión perfectamente inelástica, los bloques chocan y se quedan pegados, moviéndose juntos como un solo objeto después del impacto.

Aquí, el momento lineal sigue conservándose (¡siempre lo hace!), pero la energía cinética no se conserva. De hecho, es el tipo de choque donde se pierde la máxima cantidad de energía cinética posible, que se disipa en forma de calor, sonido y, sobre todo, en la deformación que los une.

  • ✅ Momento lineal: Se conserva.
  • ❌ Energía cinética: No se conserva (pérdida máxima).
  • Los bloques se quedan unidos tras el choque (\( v_{1, \text{después}} = v_{2, \text{después}} \)).

Fíjate en el simulador cómo, al quedarse pegados, la energía cinética total del sistema disminuye drásticamente justo después del impacto.

3. Choque Inelástico (el del mundo real)

La mayoría de las colisiones en el mundo real (un choque de coches, una pelota que bota y no sube a la misma altura inicial) son inelásticas. Se sitúan en un punto intermedio entre los dos casos anteriores.

  • ✅ Momento lineal: Se conserva.
  • ❌ Energía cinética: No se conserva, pero se pierde menos que en el choque perfectamente inelástico.
  • Los bloques rebotan, pero no con la misma "energía" que en un choque elástico.

En resumen: la única ley que debes tatuarte a fuego es la conservación del momento lineal. La energía cinética, en cambio, es la que nos cuenta la "historia" de la colisión: si fue un rebote perfecto o un abrazo pegajoso.

¡Ahora te toca a ti! Juega con todas las variables en la simulación. Configura choques elásticos, inelásticos y perfectamente inelásticos. Comprueba cómo el momento total nunca cambia y observa qué pasa con la energía. ¡La mejor forma de aprender es experimentar!

💥 ¿Listo para el Impacto? Elige tu Misión

Ya has probado las fórmulas, has jugado con los bloques virtuales y has visto colisiones perfectas en un mundo sin fricción. Pero ahora llega el momento de ensuciarte las manos con la física de verdad.

Aquí tienes una propuesta de actividad de laboratorio dividida en distintos niveles y misiones. No es obligatorio completarlas todas: cada profesor puede decidir en qué retos centrarse según los objetivos del grupo, el tiempo disponible o el nivel del alumnado.

Es una experiencia abierta, flexible y pensada para adaptarse al aula real. Puedes hacerla en equipo, individualmente o como una investigación guiada. Lo importante no es llegar al final, sino explorar, medir y sacar tus propias conclusiones.

Misión 1: El Intercambio Secreto

  1. Esta es una de las consecuencias más elegantes y sorprendentes de las colisiones elásticas. Vamos a descubrirla.

Configuración en el simulador:

  • Establece la misma masa para ambos bloques (ej: m₁ = 2 kg, m₂ = 2 kg).
  • Deja el bloque azul (m₂) quieto en el centro (v₂ = 0 m/s).
  • Dale al bloque rojo (m₁) una velocidad inicial positiva (ej: v₁ = 5 m/s).
  • Asegúrate de que la elasticidad esté al máximo (1.0), para un choque perfectamente elástico.

Antes de darle a ejecutar la simulacion quiero que respondas a esta pregunta

Pregunta:

Tras la colisión, ¿qué ocurre con las velocidades de los bloques?





2. Describe con tus propias palabras lo que ocurre inmediatamente después de la colisión y justifica tu respuesta empleando las leyes de conservación:

1. Conservación de la cantidad de movimiento (p = m · v).
2. Conservación de la energía cinética (Ec = ½ m v²).

Tu explicación debe incluir:

  • Los valores de p y Ec antes y después del impacto.
  • Por qué, en este caso concreto, las velocidades de los bloques “se intercambian”.


Misión 2: El Mosquito contra el Camión

3. Vamos a explorar qué pasa cuando las masas son extremadamente diferentes. La intuición nos dice algo, pero la física nos da los números exactos.

Configuración en el simulador:

  • Haz que el bloque rojo (m₁) sea muy ligero (el “mosquito”, ej: m₁ = 1 kg).
  • Haz que el bloque azul (m₂) sea muy pesado (el “camión”, ej: m₂ = 20 kg).
  • Deja el bloque “camión” (m₂) quieto (v₂ = 0 m/s).
  • Lanza el “mosquito” (m₁) contra él a una velocidad v₁ =2 m/s.
  • Pon la elasticidad en 1.0 (choque elástico).
  • Separa los bloques
Pregunta (marca todas las que sean correctas):

¿Qué afirmaciones describen bien el resultado de la colisión?






4. Has marcado las opciones que te parecían correctas en la Misión 2. Pero ahora viene lo serio: justifica con tus propias palabras por qué cada afirmación es verdadera o falsa, aunque no la hayas marcado.

No basta con decir “es verdad” o “es mentira”. Queremos saber qué leyes físicas se aplican, qué pasa con la cantidad de movimiento, la energía cinética, y cómo influye la gran diferencia de masas. Este es tu momento para brillar como físico o física.



Misión 3: El Secreto del Centro de Masas

5. En toda colisión, hay un “punto de equilibrio” cuyo movimiento es más predecible de lo que parece. Tu misión es descubrir qué le ocurre y justificarlo con la física que ya conoces.

Configuración en el simulador:

  • Activa la opción “Mostrar Centro de Masas (CM)”.

  • Prepara una colisión sencilla, por ejemplo: un bloque en movimiento y otro en reposo.

Pregunta (Análisis por pasos):

  1. Observa y describe:
    Ejecuta la simulación. Fíjate en cómo se mueve el punto del Centro de Masas (CM) comparado con los bloques. ¿Se mueve de forma constante y en línea recta, o cambia bruscamente durante el impacto?

  2. Mide y confirma:
    Ahora repite el experimento con dos configuraciones:
    – Primero con elasticidad 1 (choque perfectamente elástico).
    – Luego con elasticidad 0 (choque completamente inelástico).
    ¿La velocidad del CM cambia durante la colisión en alguno de los dos casos?

  3. Explica el porqué:
    ¿La velocidad del Centro de Masas se conserva? Justifica tu respuesta utilizando la fórmula de la velocidad del CM y relacionándola con la ley de conservación del momento lineal total.

$$
v_{CM} = \frac{m_1 v_1 + m_2 v_2}{m_1 + m_2}
$$



Misión 4: Romper la Física

6. Esta es una misión para poner a prueba la ley más fundamental de las colisiones.

Configuración en el simulador:
Tienes total libertad. Usa cualquier masa, velocidad o elasticidad que se te ocurra.

Tu objetivo es intentar “romper” la física. Intenta, usando cualquier combinación de parámetros, crear una colisión donde el momento lineal total ANTES del choque sea diferente del momento lineal total DESPUÉS del choque.

Documenta al menos dos de tus intentos (qué valores usaste) y explica si tuviste éxito. ¿Qué ley fundamental demuestra tu resultado (o la falta de él)?



Misión 5: El Chivato Gráfico

7. Las gráficas de velocidad-tiempo (v-t) y momento-tiempo (p-t) son como un “chivato” que nos cuenta la historia de la colisión en detalle. Vamos a aprender a leerlas.

Configuración en el simulador:

  • Prepara cualquier tipo de colisión que te interese. Una simple con un bloque quieto funciona bien.
  • Abre la vista de gráficas
  • Observa dos gráficas en particular:
    1. La gráfica v-t de un solo bloque (por ejemplo, el rojo).
    2. La gráfica p-t del MOMENTO TOTAL del sistema.

Describe cómo son estas dos gráficas. Céntrate en lo que ocurre justo en el instante de la colisión.

  • ¿Qué forma tiene la gráfica v-t del bloque individual en el momento del impacto?
  • ¿Qué forma tiene la gráfica del momento total (ptotal) en ese mismo instante?
  • ¿Por qué son tan diferentes? ¿Qué ley física fundamental explica la forma de la gráfica del momento total?

⚠️ Recuerda:
Concéntrate en el instante del choque entre los bloques. No tengas en cuenta los rebotes contra las paredes, ya que en ese momento el sistema deja de ser aislado: las paredes ejercen fuerzas externas que alteran la cantidad de movimiento total.

💡 Puedes ralentizar la simulación a 0,5x para observar el impacto con más detalle.



Misión 6: La Fuga Misteriosa

8. Hemos dicho que el momento total se conserva SIEMPRE… pero, ¿es eso cierto? Vamos a llevar nuestro sistema al límite, hasta que choque con las “paredes” invisibles del simulador.

Configuración en el simulador:

  • Crea una colisión donde uno de los bloques salga disparado con velocidad hacia un extremo del área de simulación hasta que choque con la pared invisible y rebote.
  • Observa el valor o la gráfica del Momento Total del sistema. Pon mucha atención a lo que sucede en dos momentos:
    1. Durante la colisión bloque-bloque.
    2. Durante la colisión bloque-pared.

Verás que el momento total se conserva durante el choque entre los dos bloques, pero cambia bruscamente cuando uno de ellos golpea la pared.

¿Significa esto que la ley de la conservación del momento es falsa? ¿O está pasando algo más?
Explica con tus palabras por qué el momento total del sistema de “dos bloques” deja de conservarse en ese preciso instante.

¿Qué convierte a la pared en un elemento “problemático”?



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