O termoelásticoprovavelmente traz à mente palavras comoelásticoouflexível, uma descrição de algo que se recupera facilmente. Quando aplicado a uma colisão na física, isso é exatamente correto. Duas bolas de playground que rolam uma na outra e depois se separam tinham o que é conhecido comocolisão elástica.
Em contraste, quando um carro para em um semáforo vermelho é atropelado por um caminhão, os dois veículos ficam juntos e então se movem juntos para o cruzamento na mesma velocidade - sem rebote. Isto é umcolisão inelástica.
TL; DR (muito longo; Não li)
Se os objetos sãopresos juntosantes ou depois de uma colisão, a colisão éinelástico; se todos os objetos começam e terminammovendo-se separadamente um do outro, a colisão éelástico.
Observe que as colisões inelásticas nem sempre precisam mostrar objetos grudadosapósa colisão. Por exemplo, dois vagões de trem poderiam começar conectados, movendo-se com uma velocidade, antes que uma explosão os impulsione em direções opostas.
Outro exemplo é este: uma pessoa em um barco em movimento com alguma velocidade inicial poderia jogar uma caixa ao mar, alterando assim as velocidades finais do barco mais pessoa e da caixa. Se for difícil de entender, considere o cenário ao contrário: uma caixa cai em um barco. Inicialmente, a caixa e o barco estavam se movendo com velocidades diferentes, depois, sua massa combinada está se movendo com uma velocidade.
Em contraste, umcolisão elásticadescreve o caso em que os objetos batendo uns nos outros começam e terminam com suas próprias velocidades. Por exemplo, dois skates se aproximam de direções opostas, colidem e voltam para o lugar de onde vieram.
TL; DR (muito longo; Não li)
Se os objetos em uma colisão nunca ficarem juntos - antes ou depois do toque - a colisão é pelo menos parcialmenteelástico.
Qual é a diferença matematicamente?
A lei da conservação do momento se aplica igualmente em colisões elásticas ou inelásticas em um sistema isolado (sem força externa líquida), então a matemática é a mesma.O momentum total não pode mudar.Então, a equação do momento mostra todas as massas vezes suas respectivas velocidadesantes da colisão(uma vez que o momento é massa vezes velocidade) igual a todas as massas vezes suas respectivas velocidadesdepois da colisão.
Para duas massas, isso se parece com isto:
m_1v_ {1i} + m_2v_ {2i} = m_1v_ {1f} + m_2v_ {2f}
Onde estou1 é a massa do primeiro objeto, m2 é a massa do segundo objeto, veu é a velocidade inicial da massa correspondente evf é sua velocidade final.
Esta equação funciona igualmente bem para colisões elásticas e inelásticas.
No entanto, às vezes é representado de forma um pouco diferente para colisões inelásticas. Isso ocorre porque os objetos se unem em uma colisão inelástica - pense no carro sendo batido pela traseira do caminhão - e depois, eles agem como uma grande massa movendo-se com uma velocidade.
Então, outra maneira de escrever a mesma lei de conservação do momento matematicamente paracolisões inelásticasé:
m_1v_ {1i} + m_2v_ {2i} = (m_1 + m_2} v_f
ou
(m_1 + m_2} v_1 = m_1v_ {1f} + m_2v_ {2f}
No primeiro caso, os objetos grudadosdepois da colisão, então as massas são somadas e se movem com uma velocidadedepois do sinal de igual. O oposto é verdadeiro no segundo caso.
Uma distinção importante entre esses tipos de colisões é que a energia cinética é conservada em uma colisão elástica, mas não em uma colisão inelástica. Portanto, para dois objetos em colisão, a conservação da energia cinética pode ser expressa como:
A conservação de energia cinética é na verdade um resultado direto da conservação de energia em geral para um sistema conservador. Quando os objetos colidem, sua energia cinética é brevemente armazenada como energia potencial elástica antes de ser perfeitamente transferida de volta para a energia cinética novamente.
Dito isso, a maioria dos problemas de colisão no mundo real não são nem perfeitamente elásticos nem inelásticos. Em muitas situações, entretanto, a aproximação de qualquer um deles é próxima o suficiente para os propósitos de um estudante de física.
Exemplos de colisão elástica
1. Uma bola de bilhar de 2 kg rolando pelo solo a 3 m / s atinge outra bola de bilhar de 2 kg que estava inicialmente parada. Depois de baterem, a primeira bola de bilhar está parada, mas a segunda bola de bilhar agora está se movendo. Qual é a sua velocidade?
As informações fornecidas neste problema são:
m1 = 2 kg
m2 = 2 kg
v1i = 3 m / s
v2i = 0 m / s
v1f = 0 m / s
O único valor desconhecido neste problema é a velocidade final da segunda bola, v2f.
Conectar o resto à equação que descreve a conservação do momento dá:
(2) (3) + (2) (0) = (2) (0) + (2) v_ {2f}
Resolvendo para v2f dá v2f = 3 m / s.
A direção dessa velocidade é igual à velocidade inicial da primeira bola.
Este exemplo mostra umcolisão perfeitamente elástica,já que a primeira bola transferiu toda a sua energia cinética para a segunda bola, efetivamente mudando suas velocidades. No mundo real, não háperfeitamentecolisões elásticas porque sempre há algum atrito fazendo com que alguma energia se transforme em calor durante o processo.
2. Duas pedras no espaço colidem de frente uma com a outra. O primeiro tem massa de 6 kg e está viajando a 28 m / s; o segundo tem massa de 8 kg e se move a 15 m / s. Com que velocidade eles estão se afastando um do outro no final da colisão?
Por se tratar de uma colisão elástica, na qual o momento e a energia cinética são conservados, duas velocidades desconhecidas finais podem ser calculadas com as informações fornecidas. As equações para ambas as quantidades conservadas podem ser combinadas para resolver as velocidades finais como esta:
Conectando as informações fornecidas (observe que a velocidade inicial da segunda partícula é negativa, indicando que elas estão viajando em direções opostas):
v1f = -21,14m / s
v2f = 21,86 m / s
A mudança nos sinais da velocidade inicial para a velocidade final para cada objeto indica que, ao colidir, os dois ricochetearam um no outro na direção de onde vieram.
Exemplo de colisão inelástica
Uma líder de torcida pula do ombro de duas outras líderes de torcida. Eles caem a uma taxa de 3 m / s. Todas as líderes de torcida têm massas de 45 kg. Com que rapidez a primeira líder de torcida está subindo no primeiro momento depois de pular?
Este problema temtrês massas, mas desde que as partes antes e depois da equação que mostram a conservação do momento sejam escritas corretamente, o processo de resolução é o mesmo.
Antes da colisão, todas as três líderes de torcida estão grudadas e. Masninguém está se movendo. Então, o veu para todas essas três massas é 0 m / s, tornando todo o lado esquerdo da equação igual a zero!
Após a colisão, duas líderes de torcida estão presas juntas, movendo-se com uma velocidade, mas a terceira está se movendo na direção oposta com uma velocidade diferente.
Ao todo, isso se parece com:
(m_1 + m_2 + m_3) (0) = (m_1 + m_2) v_ {1,2f} + m_3v_ {3f}
Com números substituídos em, e definindo um quadro de referência ondepara baixo é negativo:
(45 + 45 + 45) (0) = (45 + 45) (- 3) + (45) v_ {3f}
Resolvendo para v3f dá v3f = 6 m / s.