Inelastic collision
27 Apr, 2012
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PDFLoosing movement
PRESENTATION: A collision is a physical process where two objects interact during a very short time-lapse and follow the energy and linear momentum conservation laws. If the collision is inelastic kinetic energy is transformed into heat or deformation and is lost for the movement.
- Elastic and Inelastic Collisions, Paul Gluck, Phys. Teach. 48, 158 (2010)
- A momentum transfer demonstration with ‘‘happy/unhappy’’ balls, Fred Bucheit, Phys. Teach. 32, 28 (1994)
INTRODUCTION: An inelastic collision is one where the kinetic energy is not conserved. As a consequence, the colliding objects may suffer deformations or increase their temperature. During this type of collision, energy is dissipated, because the work performed during the deformation or the increase of internal energy is obtained from the kinetic energy that the objects have before the collision. Nevertheless, the total linear momentum of the system is conserved. The concept of linear momentum was historically introduced in the Newtonian mechanics context, and is directly related to the concepts of mass and speed, as its modulus is obtained as the product of both magnitudes.
MATERIALS: two balls, Velcro tape, a string, a stand.
SETUP: Both balls, covered with Velcro tape, are suspended with strings from the horizontal stand. Both balls should be in contact in their equilibrium position, hanging vertically from the stand. Displace one ball until its string is horizontal and leave it, when it collides with the other, both stick to each other and move together. Making the necessary calculations it can be verified that the linear moment is conserved but the kinetic energy is not conserved.
OBJECTIVE: To show the conservation of linear momentum in an inelastic collision between two balls.
EXPLANATION: Both balls collide with an inelastic collision, so leaving the first one from a 90º angle the center of mass of the second should ascend to a quarter of the height of the center of mass of the first one, meaning a displacement of 41º from the horizontal. The linear momentum is conserved, but not the mechanic energy, as part of it is used to deform the second ball, increasing its internal energy.
CONCEPTS: linear momentum conservation, Newtonian mechanics, kinetic energy dissipation, inelastic collision, mechanical impulse.
MORE INFORMATION:
TEXTS :
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología , Reverté, 2012.
- F. Beer, J.J. Johnston, Mecánica vectorial para ingenieros, Mc Graw-Hill, 2005.
- S.M. Lea, J.R. Burke, Física. La naturaleza de las cosas, Thomson, 1999.
- W.F. Riley, L.D. Sturges, Ingeniería mecánica, Reverté, 1999.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
STUDENTS 2011-2012: Laura Gómez, Patricia Gómez, Nicolás González, Fátima González
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
STUDENTS 2010-2011: Sergio Calvar, Samuel Presa, Iago Pulleiro
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
6 responses to "Inelastic collision"
En el siguiente enlace hay una pequeña explicación de los distintos tipos de choques y varias simulaciones de los distintos tipos de choques. Un choque físico o mecánico es percibido por una repentina aceleración o desaceleración causada normalmente por un impacto, por ejemplo, de una gota de agua, aunque también una explosión causa choque; cualquier tipo de contacto directo entre dos cuerpos provoca un choque. Lo que mayormente lo caracteriza es la duración del contacto que, generalmente, es muy corta y es entonces cuando se transmite la mayor cantidad de energía entre los cuerpos. La mecánica de choque tiene el potencial de dañar y deformar. Un ejemplo práctico de una colisión inelástica se utiliza para detectar el glaucoma, un padecimiento en el que la presión interior del ojo se acumula y origina ceguera al dañar las células de la retina. En esta aplicación, los médicos utilizan un dispositivo llamado tonómetro para medir la presión dentro del ojo. Este aparato lanza un soplo de aire contra la superficie exterior del ojo y mide la rapidez del aire reflejado por el ojo. A medida que aumenta la presión en el interior del ojo, la superficie exterior se hace más rígida y se incrementa la rapidez del impulso reflejado. De esta manera, la rapidez del soplo de aire reflejado sirve para medir la presión interna del ojo.
La transformación de parte de la energía cinética en calor en un choque inelástico (por ejemplo, hacer colisionar un proyectil metálico contra un suelo de cemento) se puede observar experimentalmente con una cámara termográfica. De esta manera, se observará que tras el impacto, tanto en el proyectil como en la zona del suelo afectada por el choque se produce un aumento de temperatura. Por otra parte, si observamos con la cámara termográfica un choque elástico, como el de dos bolas de billar, observaremos que la temperatura de las bolas no varía significativamente después del choque debido a que se conserva la energía cinética total del sistema de cuerpos durante la interacción.
Esta diferencia entre choque inelástico e elástico ten que estar moi clara na mente de todo estudante de física, así como o feito de que en todo choque se ten que conservar a enerxía total do sistema. Deste xeito, se se perde enerxía cinética nun choque inelástico, esta transformouse noutro tipo de enerxía: enerxía térmica, enerxía potencial de calquera tipo, enerxía vibracional… De feito a nivel microscópico a enerxía térmica, a vibracional e outras non deixan de ser enerxía cinética relacionada co movemento das moléculas que constitúen o obxecto. Esta visión dos choques está apoiada por algo tan fundamental como a conservación da enerxía ou o primeiro principio da termodinámica, e é tan extendida e útil que se aplica en todos os ámbitos da física, incluído as colisións de partículas a velocidades relativistas.
En este experimento se puede ver como como cuando chocan 2 bolas, se produce una perdida de energía en forma de calor, produciendo una pequeña quemadura en un papel. Este experimento es una forma sencilla de ver como se pierde energía en forma de calor cuando hay un choque.
El siguiente vídeo que he encontrado sobre choques elásticos e inelásticos resulta ameno y muy explicativo. Además, es reseñable como los alumnos demuestran un gran interés en las explicaciones y demostraciones del profesor, lo que probablemente no ocurriría si se limitase a una explicación teórica. Esto demuestra que es recomendable apoyar las lecciones con experimentos o prácticas.
La verdad es que después de ver este video y leer la explicación, sigo sin entenderlo. Debe ser por que mi formación no es en física pura.