Choque de partículas

Cuando hacemos referencia al choque entre partículas hacemos referencia a la iteración que ocurre entre ambas en un tiempo corto y un espacio limitado. Poniendo de ejemplo algo sencillo y asequible, el choque que se produce cuando una bola de billar le da a otra. Pero, como era de esperar, no todos los choques son iguales, no todos tienes los mismos efectos una vez se da el choque. En este artículo veremos algunos de los tipos que hay.

En primer lugar, para poder realizar la descripción de un choque, necesitamos dos sistemas de referencia diferentes e inerciales: el sistema que representa el observador externo y el sistema centro de masas (CM). Normalmente, como meros observadores, trabajamos en el primer sistema de referencia. En esta ocasión, vamos a considerar el choque que se produce entre dos objetos que al separarse continúan en la misma dirección que llevaban, por tanto podremos expresar el sistema de referencia utilizando escalares y no vectores.

Supongamos que nuestros objetos tienen masas m1 y m2 respectivamente, y cuyas velocidades iniciales son: v1i y v2i; y una vez producido el choque sus velocidades son v1f y v2f.

Cuando estudiamos un choque, estudiamos la relación existente entre el estado de los objetos antes y después basándonos en los principios de conservación de la cantidad de movimiento, del momento cinético y de la conservación de la energía. Veamos por tanto en qué consisten exactamente:

CONSERVACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO

Como ya hemos comentado, la cantidad de movimiento se tiene que conservar en todo momento. Lo cual quiere decir que las fuerzas deben ser iguales, cumpliéndose la siguiente ecuación por la que se rigen todos los choques:

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Concretamente, en el caso de la energía cinética, no siempre se conserva cuando hay un choque, sino que normalmente se disipa parcialmente. Un ejemplo de este resultado lo podemos ver cuando dejamos caer una pelota contra el suelo, ya que al rebotar no alcanza la misma altura desde la que partió.

Por tanto, en los choques se produce una diferencia en la energía cinética:

Según la transformación de la energía cinética que se pierde, podemos clasificar los choques de la siguiente manera:

-Choque perfectamente elástico: Se produce cuando la energía cinética se conserva.

-Choque inelástico: Este choque aparece cuando se da la mayor pérdida de energía posible. Cuando dos objetos chocan de forma frontal, esto se traduce en que ambos objetos quedan unidos o adheridos, pudiendo continuar la trayectoria como un solo objeto. Por ejemplo cuando se dispara una bala contra un bloque de madera.

-Explosiones: Aunque no es un choque exactamente, si puede ser considerado desde el punto de vista matemático. En este caso, un solo objeto pasa en un determinado instante a descomponerse en dos o más objetos, los cuales continúan su trayectoria por separado. Es el proceso contrario del choque inelástico. En las explosiones, la energía cinética se puede decir que aumenta.

COEFICIENTE DE RESTITUCIÓN

Un elemento importante para caracterizar los diferentes tipos de choques es el coeficiente de restitución, que viene dado por la siguiente fórmula:

Este coeficiente representa la relación de proporcionalidad existente entre la velocidad final, es decir, la velocidad a las que se alejan los objetos, y la velocidad inicial o la velocidad a la que se acercaban.

Dependiendo del tipo de choque, tenemos que:

-Si el choque es totalmente elástico, entonces CR=1, es decir, los objetos se alejan a la misma velocidad que se acercaron.

-Si el choque es totalmente inelástico, CR=0, y como ya hemos mencionado, los objetos no se alejan tras el choque, sino que permanecen unidos.

– Si el choque es un caso intermedio, entonces 0<CR<1.