colisiones elásticas
Una colisión elástica es una colisión donde se conserva la energía cinética. En términos más simples, la energía cinética total de los objetos antes de la colisión es la misma que la energía cinética total después de la colisión. No se pierde energía por calor, sonido o deformación. Piense en una pelota perfectamente hinchable que choca con una superficie dura:se devuelve la mayor parte de la energía de la pelota.
Momento en colisiones elásticas
* Conservación del impulso: El impulso siempre se conserva en todas las colisiones, incluidas las elásticas. Esto significa que el impulso total del sistema antes de la colisión es igual al impulso total después de la colisión.
* Ecuación de momento: El impulso de un objeto es su masa (m) veces su velocidad (v):p =mv.
* Momento total: En un sistema con múltiples objetos, el impulso total es la suma vectorial de los momentos individuales.
Energía cinética en colisiones elásticas
* Conservación de la energía cinética: Esta es la característica definitoria de una colisión elástica. La energía cinética total del sistema permanece constante.
* Ecuación de energía cinética: La energía cinética de un objeto es la mitad de su masa, el cuadrado de su velocidad:ke =1/2 * mv^2.
Cómo funciona
1. Antes de la colisión: Los objetos tienen sus momentos individuales y energías cinéticas.
2. Durante la colisión: Los objetos interactúan, transfiriendo impulso y energía cinética entre ellos.
3. Después de la colisión: Los objetos se mueven con nuevas velocidades. Debido a las leyes de conservación:
* Momentum: La suma del momento final de los objetos será igual a la suma de los momentos iniciales.
* Energía cinética: La suma de las energías cinéticas finales de los objetos igualará la suma de las energías cinéticas iniciales.
Ejemplo
Imagine una bola de billar (a) que se mueve a 5 m/s choca de frente con una bola de billar estacionaria (B). Suponga que esta es una colisión perfectamente elástica.
* Antes de la colisión:
* Bola A:Momentum =MV =(Masa de a) * 5 m/s
* Bola B:Momentum =0 (estacionaria)
* Momento total =(masa de a) * 5 m/s
* Energía cinética total =1/2 * (masa de a) * (5 m/s)^2
* Después de la colisión:
* Bola A:Momentum =MV (nueva velocidad desconocida)
* Bola B:Momentum =MV (nueva velocidad desconocida)
* Momento total =(masa de a) * (nueva velocidad de a) + (masa de b) * (nueva velocidad de b)
* Energía cinética total =1/2 * (masa de a) * (nueva velocidad de a)^2 + 1/2 * (masa de b) * (nueva velocidad de b)^2
Debido a la conservación del impulso y la energía cinética, se pueden calcular las velocidades finales de las bolas. En este escenario, Ball A se detendrá, y Ball B se moverá a 5 m/s.
Implicaciones del mundo real
Si bien las colisiones perfectamente elásticas son raras en el mundo real, los principios se aplican a muchas situaciones. Comprender estos conceptos nos ayuda a analizar:
* colisiones en física: De la física de partículas al movimiento de los planetas.
* Eventos cotidianos: El comportamiento de las bolas rebotando, los autos chocan (hasta cierto punto) e incluso cómo interactúan las moléculas.
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