Che cos'è la collisione elastica?

Un collisione elastica è una situazione in cui più oggetti si scontrano e l'energia cinetica totale del sistema viene preservata, al contrario di un collisione anelastica, dove l'energia cinetica viene persa durante la collisione. Tutti i tipi di collisione obbediscono alla legge di conservazione della quantità di moto.

Nel mondo reale, la maggior parte delle collisioni si traduce in una perdita di energia cinetica sotto forma di calore e suono, quindi è raro ottenere collisioni fisiche che siano veramente elastiche. Alcuni sistemi fisici, tuttavia, perdono relativamente poca energia cinetica, quindi possono essere approssimati come se fossero collisioni elastiche. Uno degli esempi più comuni di questo è che le palle da biliardo si scontrano o le palle sulla culla di Newton. In questi casi, l'energia persa è così minima che possono essere ben approssimati assumendo che tutta l'energia cinetica sia preservata durante la collisione.

Calcolo delle collisioni elastiche

Una collisione elastica può essere valutata poiché conserva due quantità chiave: quantità di moto ed energia cinetica. Le equazioni seguenti si applicano al caso di due oggetti che si muovono l'uno rispetto all'altro e si scontrano attraverso una collisione elastica.

m₁ = Massa dell'oggetto 1
m₂ = Massa dell'oggetto 2
v_1i = Velocità iniziale dell'oggetto 1
v_2i = Velocità iniziale dell'oggetto 2
v_1f = Velocità finale dell'oggetto 1
v_2f = Velocità finale dell'oggetto 2
Nota: le variabili in grassetto sopra indicano che questi sono i vettori di velocità. Il momento è una quantità vettoriale, quindi la direzione è importante e deve essere analizzata utilizzando gli strumenti della matematica vettoriale. La mancanza di grassetto nelle equazioni di energia cinetica di seguito è dovuta al fatto che si tratta di una quantità scalare e, quindi, conta solo l'entità della velocità.
Energia cinetica di una collisione elastica
K_io = Energia cinetica iniziale del sistema
K_f = Energia cinetica finale del sistema
K_io = 0,5m₁v_1i² + 0.5m₂v_2i²
K_f = 0,5m₁v_1f² + 0.5m₂v_2f²
K_io = K_f
0.5m₁v_1i² + 0.5m₂v_2i² = 0,5m₁v_1f² + 0.5m₂v_2f²
Momento di collisione elastica
P_io = Quantità di moto iniziale del sistema
P_f = Quantità di moto finale del sistema
P_io = m₁ * v_1i + m₂ * v_2i
P_f = m₁ * v_1f + m₂ * v_2f
P_io = P_f
m₁ * v_1i + m₂ * v_2i = m₁ * v_1f + m₂ * v_2f

Ora sei in grado di analizzare il sistema suddividendo ciò che sai, collegando le varie variabili (non dimenticare la direzione delle quantità del vettore nell'equazione del momento!) E quindi risolvendo le quantità o le quantità sconosciute.