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Cantidad de movimiento: p = m × v, impulso y fuerza de frenado

Calcula la cantidad de movimiento de un objeto a partir de su masa y su velocidad, su energía cinética y la fuerza media necesaria para pararlo.

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Resultados

Cantidad de movimiento

20.833 kg·m/s

Fuerza media de frenado

6944 N

Energía cinética
144,7 kJ
Deceleración media
4,63 m/s²
En g
0,47 g

Qué es la cantidad de movimiento

La cantidad de movimiento, también llamada momento lineal, mide lo difícil que es detener un objeto en movimiento. Un camión lento y una bala rápida pueden tener la misma cantidad de movimiento: uno por su masa, la otra por su velocidad. Es una de las magnitudes más importantes de la física, porque se conserva en todos los choques.

Las fórmulas

Cantidad de movimiento: p = m × v (kg·m/s)

Energía cinética: Ec = ½ × m × v² (J)

Fuerza media de frenado: F = p ÷ Δt (N)

Deceleración media: a = v ÷ Δt (m/s²)

La relación entre fuerza y cantidad de movimiento es la segunda ley de Newton en su forma original: la fuerza es la variación de la cantidad de movimiento por unidad de tiempo.

Ejemplo resuelto

Un coche de 1500 kg a 50 km/h (13,9 m/s) frena hasta pararse en 3 segundos:

  • Cantidad de movimiento: 1500 × 13,9 = 20.833 kg·m/s.
  • Energía cinética: ½ × 1500 × 13,9² = 144,7 kJ.
  • Fuerza media de frenado: 20.833 ÷ 3 = 6944 N.
  • Deceleración: 4,63 m/s², es decir, 0,47 g.

El impulso y la seguridad

El impulso es la fuerza multiplicada por el tiempo que actúa: I = F × Δt = Δp. Para detener el mismo objeto, cuanto más dura el frenado, menor es la fuerza. Ahí está la clave de muchos sistemas de seguridad:

  • Airbag y cinturón: alargan unos milisegundos el tiempo en que el cuerpo se detiene.
  • Zonas de deformación de los coches: se aplastan para alargar el choque.
  • Cascos: la espuma interior se comprime y reparte el impacto.
  • Doblar las rodillas al caer de un salto.

Si el coche del ejemplo choca contra un muro y se para en 0,1 s, la fuerza media sube a 208.000 N, unas 14 g.

La conservación

En un sistema aislado, la cantidad de movimiento total no cambia. Ejemplos:

  • Retroceso de un arma: la bala sale hacia delante y el arma retrocede con la misma cantidad de movimiento.
  • Cohetes: expulsan gas a gran velocidad hacia atrás y ganan cantidad de movimiento hacia delante, incluso en el vacío.
  • Billar: en un choque frontal, la bola blanca se para y la otra sale con su velocidad.

Cantidad de movimiento frente a energía

Las dos dependen de la masa y la velocidad, pero de forma distinta. Duplicar la velocidad duplica la cantidad de movimiento, pero cuadruplica la energía cinética. Por eso la distancia de frenado de un coche, que depende de la energía, crece tan deprisa con la velocidad: a 100 km/h se necesita cuatro veces más distancia que a 50 km/h.

Unidades

En el Sistema Internacional, la cantidad de movimiento se mide en kg·m/s, que equivale a N·s. Para pasar de km/h a m/s, divide entre 3,6.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la fórmula de la cantidad de movimiento?

p = m × v, en kilogramos por metro por segundo. Un coche de 1500 kg a 50 km/h tiene una cantidad de movimiento de unos 20.800 kg·m/s.

¿Qué diferencia hay con la energía cinética?

La cantidad de movimiento (m × v) es un vector proporcional a la velocidad y se conserva en todos los choques. La energía cinética (½ m v²) es un escalar que crece con el cuadrado de la velocidad y solo se conserva en los choques elásticos.

¿Qué es el impulso?

El producto de la fuerza por el tiempo que actúa, que es igual a la variación de la cantidad de movimiento: F × Δt = Δp. Alargar la duración de un choque, como hace un airbag, reduce la fuerza media.

¿Qué dice la conservación de la cantidad de movimiento?

En un sistema aislado, la cantidad de movimiento total es la misma antes y después de un choque. Eso explica el retroceso de un arma o la propulsión de un cohete.

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Resultados orientativos con fines informativos. No sustituyen el consejo de un profesional.