Analicemos algunos hechos detallados sobre una colisión súper elástica, cómo y dónde ocurre, algunos ejemplos y hechos detallados.
Las colisiones superelásticas son aquellas en las que la partícula que choca no pierde su energía cinética, sino que gana algo de energía cinética de la partícula con la que choca y acelera a un ritmo más rápido después de la colisión.
¿Qué es una colisión súper elástica?
Se dice que la colisión es elástica cuando se conservan el impulso y la energía cinética del objeto después de la colisión. Puede haber pérdida o ganancia de energía durante la colisión de los objetos.
Una colisión en la que no hay pérdida de energía, sino que el objeto gana una cantidad adicional de energía, entonces se dice que la colisión es una colisión súper elástica. Este suministro auxiliar de energía cinética puede ser el resultado de la conversión de la energía potencial del objeto en energía cinética.
¿Dónde ocurre la colisión súper elástica?
La mayoría de las colisiones en la naturaleza son colisiones inelásticas donde la energía cinética del objeto que choca se convierte en alguna otra forma de energía.
Bueno, una colisión súper elástica ocurre principalmente en reacciones explosivas como fisiones nucleares, reactores, supernovas, explosiones, etc. que crean un impacto crítico. Este es un resultado debido a una ganancia de la cantidad adicional de energía cinética sin ninguna pérdida de energía. Posteriormente, al chocar, un objeto recibe la energía del objeto con el que choca, lo que supera la energía cinética del objeto.
Fórmula de colisión súper elástica
Considere dos moléculas de masa m1 y M2. Una molécula de masa m1 se acerca desde el infinito con velocidad u1 y choca con la masa m2 moviéndose a velocidad u2. Después de una colisión, ambas masas se desvían una de la otra formando un ángulo con un plano con velocidades v1 y V2.
En una colisión elástica, el momento de las partículas antes y después de una colisión se conserva, por lo tanto, dado por la relación
m1u1+m2u2=m1v1+m2v2
Dónde m1, m2 son masas de partículas 1 y 2 respectivamente
u1, u2 son las velocidades iniciales de la partícula antes de chocar, y
v1, v2 son las velocidades finales de las partículas después de la colisión.
El impulso de la molécula en colisión después de una colisión será mayor que el impulso de la molécula antes de la colisión.
m1u1<m1v1
Lo que implica que u1<v1
Y la energía cinética de la partícula en la colisión es
1 / 2 m1u12+1/2 metro2u22=1/2 metro1v12+1/2 metro2v22
desde que tu1<v1, se incrementará la energía cinética de la molécula que choca después de chocar.
1 / 2 m1u12<1/2 metro1v12
Esto significa que la energía asociada con la molécula 2 se reducirá ya que transferirá su energía potencial a la molécula 1 que se convertirá en energía cinética.
Ejemplo de colisión súper elástica
Hablemos de algunos ejemplos de colisión superelástica para entender mejor el término.
Fisión nuclear
La fisión es el proceso de dividir un reactivo en dos o más productos. Un núcleo del átomo se divide en dos o más núcleos cuando un fotón altamente energético choca con los núcleos.
Un fotón que se aproxima desde el infinito lleva consigo energía cinética, al bombardear con el núcleo libera su energía al núcleo por lo que el núcleo se vuelve inestable. Esto da como resultado una división del núcleo en dos núcleos hijos que liberan el fotón.
La masa del núcleo se reduce a la mitad y la energía potencial del núcleo se convierte en energía cinética y, por lo tanto, la energía cinética final entregada en un proceso después de la colisión es alta. Esta técnica se utiliza en armas nucleares, en reactores nucleares para producir una gran cantidad de energía.
Aleaciones con memoria de forma
Las aleaciones con memoria de forma son materiales superelásticos fabricados a una temperatura específica. La aleación se moldea en una forma particular mientras se calienta, se mantiene una cierta temperatura y se enfría rápidamente. Esta forma es memorizada por la aleación.
Un objeto cambia de forma cuando se le impone una carga externa, pero recupera su forma una vez que se retira la carga y se expone a la misma temperatura a la que se formó. Esta superelasticidad es un proceso reversible.
Principalmente, las aleaciones de cobre-aluminio-níquel y níquel-titanio se utilizan como aleación con memoria de forma. El níquel-titanio es una de esas aleaciones con memoria de forma que se utiliza en la fabricación de alambres de ortodoncia.
Bomba de uranio
El uranio-235 es un átomo altamente radiactivo y emite una gran cantidad de energía durante su fisión, por eso se usa principalmente en reactores y explosivos.
Esto es similar a la fisión nuclear, el neutrón cuando choca con el átomo de uranio-235, la energía cinética del neutrón se transfiere a un átomo de uranio y se vuelve inestable debido a la disponibilidad adicional de neutrones. Este neutrón retrocede junto con el átomo.
El átomo altamente inestable se divide en dos núcleos hijos que se muestran en el diagrama anterior, liberando tres núcleos libres que luego reaccionan con otro átomo de uranio para la fisión. Esta reacción emite una enorme cantidad de energía y calor en el entorno, por lo que es una reacción exotérmica.
Primavera
El resorte cuando se comprime, almacena la energía potencial en él. Al liberar la presión de la cuerda, emite una gran cantidad de energía potencial en forma de energía cinética.
Leer más sobre la primavera energía potencial.
Cometa acercándose al sol
El sol tiene la mayor fuerza de atracción gravitacional en un solar nebula y, por lo tanto, la mayoría de los cometas que se acercan desde la nebulosa lejana giran alrededor del Sol. Obtienen suficiente energía potencial a través de las radiaciones emitidas por el Sol y se desvían en una vía parabólica. La energía cinética del cometa después de la desviación es mucho mayor que su energía cinética mientras se acerca al Sol.
¿Se conserva el impulso en una colisión elástica?
El impulso se define como una fuerza estimulada sobre el objeto en un intervalo de tiempo definido. y dado por la fórmula
yo=fΔ t
Donde estoy el impulso
F es una fuerza
Δ t es un cambio en el tiempo.
El impulso también es igual al cambio en el impulso del objeto.
I=ΔP
Por lo tanto, ΔP = F Δ t
En una colisión elástica, el cambio en la cantidad de movimiento del objeto es igual a la diferencia entre la cantidad de movimiento del objeto antes y después de la colisión.
ΔP=m[Vf-Vi]
Donde m es una masa del objeto que choca.
Vf es la velocidad final del objeto
Vi es la velocidad inicial del objeto
Por lo tanto,
F Δ t= metro[Vf-Vi]
El impulso sobre el objeto en una colisión se puede averiguar encontrando la diferencia entre las velocidades del objeto antes y después de la colisión.
Es obvio que hay un impulso en la colisión en ambos objetos, pero debido a la fuerza de reacción opuesta, el impulso se reduce y se cancela. En la mayoría de los casos, hay un ligero cambio en el impulso del objeto.
¿Cómo se resuelve una colisión perfectamente elástica?
En una colisión perfectamente elástica, no hay pérdida de energía cinética del objeto después de la colisión. El momento y la energía cinética del objeto en una colisión perfectamente elástica se conservan.
Considere una partícula de masa m1 acelerando a una velocidad u1 golpea la partícula de masa m2 moviéndose con velocidad u2, entonces el momento de la partícula 1 es m1 u1 y el de la partícula 2 es m2u2. La partícula 1 se acerca a la partícula 2 y choca con ella creando un impacto neto cero y ambas partículas 1 y 2 ganan velocidad v1 y V2 respectivamente y desviar en dos direcciones diferentes.
Dado que el impulso de las partículas se conserva antes y después de la colisión
m1u1+m2u2= m1v1+m2v2
No hay pérdida de energías cinéticas de las partículas, por lo que la energía cinética antes y después de la colisión permanece sin cambios.
1 / 2 m1u1+1/2 metro2u2=1/2 metro1v1+1/2 metro2v2
m1(u1-v1)=metro2(v2-u2)
m1/m2=v2-u2/u1-v1
Lea más sobre la Más de 8 ejemplos de colisiones perfectamente elásticas: hechos detallados y preguntas frecuentes.
Preguntas frecuentes
Q1. Un objeto A de 5 kg de masa choca con el objeto B en reposo a una velocidad de 3 m / s. Después de chocar, ambos objetos se mueven a una velocidad de 0.8 m / s. ¿Cuál es la masa del objeto B? ¿Cuál es el impulso sobre el objeto debido a la colisión?
Dado:m1= 5 kg
m2=?
u1= 3 m / s
u2=0
v1=v2= 0.8 m / s
Desde entonces, el se conserva el impulso en la colisión
m1u1+m2u2=m1v1+m2v2
5* 3+metros2*0=5*0.8+m2* 0.8
15+0=4+m2* 0.8
11=m2* 0.8
m2=11/0.8=13.75 kg
La masa del objeto 2 es 13.75 kg.
El impulso total del objeto antes de la colisión es
Pinicial=m1u1+m2u2=5*3+13.75*0=15
Pfinal=m1v1+m2v2 = 5*0.8 + 13.75 * 0.8 = 4+11 = 15
El impulso sobre el objeto debido a la colisión es
Yo = ΔP=Pfinal - Pinicial = 15-15 = 0
Por tanto, no se conserva ningún impulso en la colisión.
¿Cuál es el impulso debido a la colisión?
Un impulso es la duración de la fuerza aplicada sobre las partículas mientras chocan.
También se define como el cambio en el momento de los objetos antes y después de una colisión y es igual a la fuerza impuesta por el objeto durante un tiempo finito.
¿Cómo se difiere el impulso en una colisión perfectamente elástica y una colisión súper elástica?
El el momento del objeto se conserva, por lo tanto, el impulso se convierte en cero en una colisión perfectamente elástica.
En una colisión súper elástica, el impulso del objeto aumenta después de chocar a medida que la energía cinética sobresale, por lo que el impulso es positivo.
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Hola, soy Akshita Mapari. He hecho M.Sc. en física. He trabajado en proyectos como Modelado numérico de vientos y olas durante un ciclón, Física de juguetes y máquinas de emoción mecanizadas en parque de atracciones basados en la Mecánica Clásica. He seguido un curso sobre Arduino y he realizado algunos mini proyectos en Arduino UNO. Siempre me gusta explorar nuevas zonas en el campo de la ciencia. Personalmente creo que aprender es más entusiasta cuando se aprende con creatividad. Aparte de esto, me gusta leer, viajar, rasguear la guitarra, identificar rocas y estratos, fotografiar y jugar al ajedrez.