ColisionesCuando dos o más cuerpos se aproximan entre sí, entre ellos actúan fuerzas internas que hacen que su momento lineal y su energía varíen, produciéndose un intercambio entre ellos de ambas magnitudes. En este caso se dice que entre los cuerpos se ha producido una colisión o choque. Es preciso recalcar que, para que se produzca una colisión, no es necesario que los cuerpos hayan estado físicamente en contacto en un sentido microscópico; basta que se aproximen lo suficiente como para que haya habido interacción entre ellos La característica fundamental de una colisión es que las fuerzas que determinan lo que ocurre durante la misma son únicamente fuerzas internas (de interacción entre los distintos cuerpos que colisionan). Como consecuencia de este hecho la velocidad del centro de masas del sistema durante la colisión va a ser constante ya que la aceleración del centro de masas es producida únicamente por las fuerzas externas que actúan sobre el sistema. Momento lineal en una colisiónEl momento lineal de un sistema de partículas es igual al momento lineal de su centro de masas. Como durante una colisión éste es constante,
La ecuación anterior es una ecuación vectorial y como tal hay que utilizarla al analizar un choque entre partículas. EnergíaLa variación de energía cinética de un sistema de partículas viene dada por:
En una colisión las fuerzas relevantes son las fuerzas internas, por lo que la expresión anterior puede escribirse:
A partir de aquí podemos distinguir dos tipos de colisiones: aquellas en que las fuerzas internas no hacen trabajo y en las que sí que lo hacen. Choque elásticoUn choque elástico es aquél en que las fuerzas internas no hacen trabajo. De la ecuación anterior se deduce que en este caso la energía cinética del sistema de partículas se conserva durante el choque. Para el caso de una colisión entre dos partículas representado en la figura anterior se tiene entonces:
Un ejemplo típico de colisión elástica lo constituye el choque de las bolas de billar. Puesto que éstas son ríqidas no cambian de forma, y por tanto las fuerzas internas no hacen trabajo.
En esta animación se presenta una colisión elástica entre dos coches. Cambia las masas y las velocidades iniciales de los coches (pueden ser negativas) y calcula las velocidades después de la colisión, aplicando las ecuaciones vistas anteriormente. Pulsa el botón y comprueba los resultados que aparecen en pantalla. Choque inelásticoEn un choque inelástico las fuerzas internas hacen trabajo, por lo que la energía cinética del sistema ya no permanece constante, aunque el momento lineal sigue conservándose. Si el trabajo de las fuerzas internas es negativo, la energía cinética del sistema disminuirá durante la colisión.
El grado de inelasticidad de un choque viene determinado por el coeficiente de restitución:
Que puede tomar valores entre cero y uno. Para un choque elástico e = 1 y para uno totalmente inelástico (las masas quedan unidas después del choque) e = 0. |
||||||||||||||
se conserva.
