Las colisiones lineales

Dos vagones, a punto de chocar... Sabemos que cada uno de los vagones tiene un momentum, p, que calculamos multiplicando la masa por la velocidad. Y aquí tenemos algo importante. Los vagones también tienen energía debido a su movimiento, que no debemos confundir con su momentum. Son cosas diferentes.

La energía causada por el movimiento -la energía cinética- se calcula con esta fórmula. Energía "E" igual a masa "m" por velocidad "v" elevada a la segunda potencia y dividida entre "dos". La letra E tiene una pequeña letra subíndice, c, de cinética. Esto indica que nos referimos a energía cinética. La unidad de la energía es el julio.

Momentum y energía cinética son cosas diferentes, pero ambas son importantes cuando los objetos colisionan. El momentum se mantiene cuando dos objetos chocan. ¿Qué hay de la energía cinética? ¿Se mantiene también? De hecho varía. Veamos algunos ejemplos. Aquí tenemos dos vagones de igual tamaño y masa.

Ambos pesan cero coma cinco kilogramos. Oh. Se va a producir una colisión. Pausemos antes de que suceda. Uno de los vagones se mueve a una velocidad de cuatro metros por segundo.

Y veamos la fórmula para la energía cinética. La masa es: cero coma cinco kilogramos ...por la velocidad: cuatro metros por segundo...al cuadrado Dividido entre dos. Total: cuatro julios. Esta es la energía cinética del vagón de la izquierda. El vagón de la derecha no está en movimiento; por lo tanto no tiene energía cinética.

Es cero. Sigamos viendo el vídeo. Los vagones chocan... ¿Lo ves? Un vagón se detiene por completo, mientras el otro se mueve a... cuatro metros por segundo. ¿Cuál es la energía cinética ahora?

El vagón de la izquierda tiene una energía cinética de cero, mientras que el de la derecha se mueve a cuatro metros por segundo. Tiene una energía cinética de cuatro julios. Lo acabamos de calcular. En esta colisión la energía cinética total es la misma, cuatro julios, antes y después de la colisión. La llamamos colisión elástica.

Hagamos otro experimento. Ahora el vagón de la derecha es remplazado por uno algo más pequeño -de cero coma cuatro kilogramos. Aquí viene el vagón grande a cuatro metros por segundo. Ya lo hemos calculado, eso significa una energía cinética de cuatro julios. Ahora chocan...

Oh, ahora los vagones salen en la misma dirección. El grande a una velocidad de dos metros por segundo; el más pequeño se mueve un poco más rápido, a dos coma cinco metros por segundo. ¿Cuál es la energía cinética total? Para el vagón grande, la energía cinética es: "cero coma cinco" por "dos al cuadrado" ...dividido entre dos. El vagón pequeño tiene una energía cinética de: "cero coma cuatro" por "dos coma cinco al cuadrado"... entre dos.

Esto es igual a "1" más "1,25" julios. Esta es la energía cinética total de los dos vagones... que podemos redondear en dos coma tres julios. Esto significa que la energía cinética tras la colisión es mucho menor que antes. La energía cinética era anteriormente de cuatro julios. ¡Una cierta cantidad de energía cinética se ha perdido!

A esto lo llamamos colisión inelástica. ¿Adónde va la energía? Ésta se convierte... tal vez en calor o sonido. Cuando los vagones chocan entre sí escuchamos un sonido. Si los objetos se deforman durante la colisión, esto también requiere energía. ¿Pero qué es esto? Son los vagones de medio kilo otra vez.

Pero hay una diferencia. ¡Ah, contactos magnéticos! Los vagones se unirán cuando choquen. ¿Qué pasa entonces? Veamos. El vagón de la izquierda viene a... cuatro metros por segundo.

Chocan... Sí, como era de esperarse, se enganchan el uno con el otro, y ahora funcionan como un solo objeto... que se mueve a...dos metros por segundo. La mitad de la velocidad que tenía el de la izquierda antes de la colisión. Si calculamos la energía cinética de los dos vagones combinados, es de...

dos julios. Debido a que la energía cinética ha disminuido -de 4 a 2 julios- es una colisión inelástica. Pero cuando los objetos se enganchan... tras la colisión, lo llamamos... una colisión perfectamente inelástica. ¿Hay más ejemplos de colisiones perfectamente inelásticas?

Sí, claro. Un meteorito choca contra una luna y se vuelve parte de ella. Esa es una colisión perfectamente inelástica. Una bala de rifle se incrusta y queda alojada en un blanco de madera: colisión perfectamente inelástica. Cuando se trata de colisiones tenemos, por tanto.

tres conceptos importantes. Colisión elástica, cuando se conserva la energía cinética. Colisión inelástica, cuando la energía cinética ha disminuido. Y luego está ese tipo de colisión inelástica especial: cuando dos objetos quedan enganchados tras chocar. Es la colisión perfectamente inelástica.