Diferencia entre colisión elástica y perfectamente elástica
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En esta sección, repasamos algunos ejemplos de aplicación de la conservación del momento para modelar colisiones. Las colisiones pueden definirse vagamente como eventos en los que los momentos de las partículas individuales de un sistema son diferentes antes y después del evento.
Distinguimos entre dos tipos de colisiones: colisiones elásticas e inelásticas. Las colisiones elásticas son aquellas en las que la energía mecánica total del sistema se conserva durante la colisión (es decir, es la misma antes y después de la colisión). Las colisiones inelásticas son aquellas en las que la energía mecánica total del sistema no se conserva. En cualquiera de los casos, para modelar el sistema, se opta por definirlo de forma que no haya fuerzas externas sobre el sistema, de modo que el momento total se conserve.
En esta sección, damos algunos ejemplos de modelización de colisiones inelásticas. Las colisiones inelásticas suelen ser más fáciles de manejar matemáticamente, porque sólo hay que considerar la conservación del momento y no se utiliza la conservación de la energía (que suele implicar ecuaciones que son cuadráticas en las velocidades debido al término de energía cinética).
Colisión de momento angular
Una pelota que rebota capturada con un flash estroboscópico a 25 imágenes por segundo. Cada impacto de la pelota es inelástico, lo que significa que la energía se disipa en cada rebote. Ignorando la resistencia del aire, la raíz cuadrada de la relación entre la altura de un rebote y la del rebote anterior da el coeficiente de restitución del impacto de la pelota contra la superficie.
Las moléculas de un gas o de un líquido rara vez experimentan colisiones perfectamente elásticas, porque en cada colisión se intercambia energía cinética entre el movimiento de traslación de las moléculas y sus grados de libertad internos. En un momento dado, la mitad de las colisiones son, en mayor o menor medida, inelásticas (el par posee menos energía cinética después de la colisión que antes), y la otra mitad podría describirse como “superelástica” (posee más energía cinética después de la colisión que antes). Promediando en toda una muestra, las colisiones moleculares son elásticas[cita requerida].
Aunque las colisiones inelásticas no conservan la energía cinética, sí obedecen a la conservación del momento[1] Los problemas de péndulo balístico simple obedecen a la conservación de la energía cinética sólo cuando el bloque oscila hasta su mayor ángulo.
Tipos de colisión
Las colisiones se producen en todas partes a tu alrededor. En este momento, las moléculas de gas chocan constantemente entre sí en el aire que te rodea, así como con tu ropa y tu piel. En los apuntes, leerás cómo analizar las colisiones utilizando el principio del momento y el principio de la energía. También leerás sobre los diferentes tipos de colisiones. Más adelante leerás cómo las colisiones condujeron al descubrimiento del núcleo.
Las colisiones son interacciones breves entre objetos que implican fuerzas muy grandes entre los objetos. Es decir, en una colisión, a menudo se elige el sistema de los dos objetos que colisionan, para poder despreciar las interacciones del sistema con su entorno. Al elegir un sistema de ambas partículas de esta manera, se encuentra que el momento y la energía total del sistema se conservan.
Despreciar estas interacciones externas puede hacerse porque (a) la interacción entre los objetos que colisionan se produce en un tiempo muy corto, y porque (b) las fuerzas que los objetos que colisionan ejercen entre sí son mucho mayores que las fuerzas ejercidas por el entorno.
Colisión perfectamente inelástica
La energía cinética, o energía del movimiento, se conserva en diferentes tipos de colisiones. Aprende la fórmula de la energía cinética y descubre las características y los cálculos de las colisiones elásticas e inelásticas.
Energía cinéticaCuando algo se mueve, posee energía cinética (KE). Esta energía viene determinada por el producto de la mitad de la masa de un objeto (m) por el cuadrado de su velocidad (v), como se muestra en la ecuación que aparece aquí.
Los objetos en movimiento a veces se ven envueltos en colisiones. Siempre que se utiliza la palabra “colisión” hay que pensar inmediatamente en la conservación del momento. El momento (p) es el producto de la masa y la velocidad de un objeto, como se muestra en la siguiente ecuación, y el momento siempre se conserva en una colisión mientras no haya fuerzas externas actuando sobre el sistema.
La energía total siempre se conserva en una colisión, pero la energía cinética no siempre se conserva. Esto significa que la energía cinética total antes de la colisión no es la misma que la energía total después de la colisión. Al colisionar masas puede ocurrir lo siguiente, dependiendo de los materiales que colisionen:
