Simulador de Colisiones 1D

🚀 ¿Qué pasa cuando dos bloques chocan?

Puede parecer un juego de empujones, pero aquí entra en acción la física seria: impulsos, rebotes y transformaciones de energía que no siempre siguen tu intuición.

Este laboratorio virtual te invita a explorar colisiones en una dimensión con distintos escenarios: desde choques perfectamente elásticos hasta encuentros donde los objetos se quedan unidos como si fueran velcro.

Con este simulador de colisiones 1D podrás analizar de forma visual y dinámica cómo se conservan el momento lineal y la energía cinética en distintos tipos de impactos. Experimenta con masas, velocidades y condiciones iniciales para descubrir qué sucede en cada tipo de choque. Ideal para dominar conceptos clave como choque elástico, colisión inelástica y transferencia de movimiento.

📋 Detalles de la simulación

  • 🔗 Categoría: Dinámica | Energía y Trabajo ↗️
  • 🎓 Nivel educativo: Bachillerato
  • ⚙️ Dificultad: Facil (3/10)
  • 📈 Visitas: 103
Nivel educativo Bachillerato
Dificultad Facil (3/10)
Visitas 103
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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.

🏃‍♂️ 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!

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Autoevaluación: Colisiones en una dimensión

  • Explora el simulador, ajusta los controles y familiarízate con los deslizadores y botones.
  • Consulta la teoría si alguna pregunta te genera dudas: ahí encontrarás las claves que necesitas.
  • Ten a mano una calculadora: algunos cálculos pueden ayudarte a confirmar tus respuestas con precisión.
🔍 Truco: Puedes ir a la pestaña Teoría rápida para consultar sin perder tu progreso en la autoevaluación.

💡 Pista: Piensa en la definición de una colisión perfectamente inelástica.

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En el simulador, configuras una colisión con "Elasticidad = 0". ¿Qué comportamiento observarás en los bloques justo después de chocar?

💡 Pista: Hay una magnitud que siempre se mantiene constante en un sistema aislado.

2 / 8

¿Qué ley física fundamental se cumple en TODAS las colisiones que ocurren entre los dos bloques (lejos de las paredes), sin importar la elasticidad?

3 / 8

Ajusta las masas y velocidades de los bloques para que el momento total inicial sea cero. ¿Qué condición matemática debes cumplir?

💡 Pista: Piensa en cómo influye la masa del otro objeto en el resultado de una colisión elástica.

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Configura el bloque azul con una masa mucho mayor (por ejemplo, 20 kg) y el rojo con una masa mucho menor (1 kg).

Pon Elasticidad = 1, marca la opción "Ver velocidad" y haz que el rojo choque contra el azul.

Velocidad bloque rojo 6 m/s

Velocidad Bloque azul 0 m/s

Después de observar lo que ocurre, ¿por qué el bloque rojo rebota hacia atrás con una velocidad casi igual a la que llevaba?

5 / 8

Configura los bloques con masas y velocidades diferentes (elige tú los valores).Activa la opción para ver el CM (centro de masas) y ejecuta la simulación.


Observa cómo se desplaza el CM a lo largo del tiempo.

¿Qué debe cumplirse para que el centro de masas se mueva a velocidad constante durante toda la simulación?

6 / 8

Configura los bloques con cualquier masa y velocidad, pero ajusta la elasticidad a 0.5. Activa la casilla Ver "E Cinética"

Ejecuta la simulación y ponla en pausa justo después de la primera colisión, antes de que los bloques toquen las paredes.
Observa los valores numéricos iniciales de energía cinética en los paneles, y suma mentalmente los vectores actuales de energía cinética de ambos bloques.

Verdadero o falso:

La energía cinética total después del choque es menor que la energía cinética total inicial.

7 / 8

Configura una colisión entre dos bloques cualquiera (no importa su masa ni velocidad), siempre que lleguen a chocar entre sí antes que con las paredes.


Activa las gráficas del movimiento y ejecuta la simulación.
Observa la gráfica de Σp (momento total) después de la colisión, sin que ninguno de los bloques toque aún las paredes.

¿Qué significa que esa línea sea horizontal durante todo ese intervalo?

8 / 8

Deja que la simulación continúe después del choque, hasta que alguno de los bloques toque una pared.

Observa la gráfica de Σp (momento total): notarás que deja de ser horizontal y cambia bruscamente.

¿A qué se debe ese “salto” en la gráfica del momento total?

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