Analizar colisiones
¡Choque! Dos autos chocan entre sí. Curvas de metal. La tapicería se quema. La persecución en coche termina y el criminal es capturado. Particularmente en las películas, hay algo emocionante en un buen accidente automovilístico; pero cuando todo el polvo se ha asentado, alguien necesita averiguar qué sucedió y por qué.
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Hay varias herramientas que podemos utilizar para comprender los accidentes automovilísticos. El más importante es la conservación del impulso . En pocas palabras, definimos la cantidad de movimiento como masa multiplicada por la velocidad, om * v , donde la cantidad de movimiento siempre se conserva. Eso significa que el impulso total antes de que ocurra una colisión es igual al impulso total después de que ocurra una colisión.
Podemos usar esta información sobre el impulso para escribir una ecuación, y si conocemos todos los números menos uno, podemos resolver la ecuación y encontrar lo que nos falta.
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Pero, ¿qué pasa si no sabemos cuáles son el resto de los números de la ecuación? Bueno, en ese caso, necesitamos usar otra herramienta, como el teorema del impulso-momento . El teorema del impulso-momento establece que el impulso (fuerza multiplicada por el tiempo) aplicado a un objeto en una colisión es igual al cambio en el momento de ese objeto. Por ejemplo, si conocemos la longitud de los autos involucrados en el choque y cuánta fuerza se sintió, eso nos ayudará mucho.
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Sin embargo, hay una información más que puede ayudarnos a resolver los problemas de colisión: ¿qué tipo de colisión ocurrió?
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Colisiones elásticas vs inelásticas
Hay dos tipos de colisiones: elásticas e inelásticas. Una colisión elástica se puede considerar como una colisión que rebota, mientras que una colisión inelástica se puede considerar como una colisión pegajosa. Por ejemplo, cuanto más «limpio» sea el rebote, más elástica será la colisión.
Una colisión completamente elástica es aquella en la que se conserva la energía cinética, o la energía cinética total antes de la colisión es igual a la energía cinética total después de una colisión. Las bolas de billar tienden a tener colisiones elásticas bastante limpias.
Una colisión completamente inelástica es aquella en la que la energía cinética ni siquiera está cerca de ser conservada. Esto sucede porque la energía es absorbida por el entorno. Para ser exactos, es uno en el que los objetos se pegan completamente juntos y avanzan como un solo objeto.
Identificación de colisiones
Pero, ¿cómo saber si una colisión es elástica o inelástica? La idea de colisiones rebotantes y pegajosas es un poco subjetiva. Por ejemplo, ¿qué capacidad de rebote debe tener una colisión para ser considerada elástica? Realmente no puedes juzgar eso con tus ojos. Como todo en física, necesitamos números.
Para averiguar el tipo de colisión, debemos comprobar si se conservó la energía cinética. Si conocemos las masas de los dos objetos y sabemos qué tan rápido se movían antes y después de la colisión, podemos verificar esto. La ecuación de la energía cinética es: KE = ½ * mv2. Podemos usarlo para encontrar y comparar la energía cinética total de los objetos antes y después del choque. Si se conservaba la energía cinética, se producía una colisión elástica; si no, se produjo una colisión inelástica.
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Si la identidad elástica de la colisión ya está incluida en el problema matemático, puede escribir una ecuación para la conservación de la energía cinética y una ecuación para la conservación del momento. Luego, tendrá un sistema de ecuaciones para resolver lo que de otro modo habría sido un problema sin solución con dos incógnitas.
Resumen de la lección
Al analizar las colisiones, podemos utilizar las siguientes tres herramientas: conservación de la cantidad de movimiento, el teorema de impulso-cantidad de movimiento y los dos tipos de colisiones. Una colisión elástica o ‘rebotante’ es aquella en la que se conserva la energía cinética, o la misma antes y después de una colisión. En una colisión inelástica o «pegajosa», no se conserva energía cinética; es absorbido por su entorno. Como resultado, ambos objetos se mantienen unidos y avanzan como uno solo.
Si una colisión es inelástica, solo puede usar la conservación del momento , o la ecuación m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1 v 1 + m 2 v 2 , para resolver problemas. También podemos usar el teorema impulso-momento , que establece que el impulso es igual al cambio en el momento durante una colisión.
Si una colisión es elástica, también puede escribir una ecuación de conservación de energía cinética. Esto hace posible resolver problemas que de otro modo no podría.
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