Al estudiar las colisiones, consideramos la colisión unidimensional (o frontal) entre dos cuerpos que no sufren la acción de fuerzas disipativas, es decir, libres de resistencia y / o fricción del aire.
Así, en este modelo, durante el choque (un tiempo extremadamente corto, instantáneo) los cuerpos involucrados en el choque sufren deformaciones elásticas. La energía cinética asociada a cada uno de los cuerpos se transforma en energía potencial elástica. Cómo los cuerpos vuelven perfectamente a su forma inicial, transformando esta energía elástica de nuevo en energía cinética, sin ninguna pérdida.
“Un choque perfectamente elástico es aquel en el que la energía cinética final (después del choque) y la energía cinética inicial (antes del choque) son iguales”.
Dado que estamos hablando de cuerpos (tienen masa) en movimiento (tienen velocidad), podemos usar el concepto de impulso antes y después del choque para describir la situación. Y, debido a que está en un sistema aislado de fuerzas externas, también se conserva la cantidad total de movimiento, antes y después del impacto.
Entonces, por ejemplo, si un cuerpo en movimiento choca con un cuerpo estacionario, tenemos:
Antes del shock:
Cantidad de movimiento:
Energía cinética:
Después del shock:
Cantidad de movimiento:
Energía cinética:
Y, sabiendo que el sistema es conservador:
Sin embargo, es posible que el amortiguador no sea perfectamente elástico. Imagina que, en el ejemplo anterior, el cuerpo B es una arcilla, muy blanda y fácilmente deformable. En el choque, el cuerpo A se pega al B, dándole forma. En este proceso, la energía se disipa y, por tanto, la temperatura del sistema aumenta.
“Un choque perfectamente inelástico es aquel en el que los cuerpos se deforman de tal manera que permanecen unidos después del choque.“
Antes y después del choque, tenemos:
Antes:
Cantidad de movimiento:
Energía cinética:
Mas tarde:
Cantidad de movimiento:
Energía cinética:
Incluso en choques inelásticos, el impulso se conserva ya que las fuerzas consideradas son internas. Luego:
Sin embargo, hay una pérdida de energía en el choque y, por tanto, la energía cinética antes del choque es mayor después del choque. Esta diferencia corresponde a la energía térmica y sonora y al trabajo de deformación de los cuerpos.
En general, no se puede saber cuánta energía se ha perdido. Entonces, el estudio del movimiento solo se basa en la cantidad de movimiento.
Referencia:
Los fundamentos de la física – Modern Plus. Ramalho, Nicolau y Toledo. Vol. 01. Moderno. 11ª Ed. SP. 2016
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