MECÁNICA

colisión es el evento en el que dos o más cuerpos ejercen fuerzas entre sí en un tiempo relativamente corto. Aunque el uso más común de la palabra colisión se refiere a incidentes en los que dos o más objetos chocan con gran fuerza, el uso científico del término no implica nada sobre la magnitud de la fuerza.

Algunos ejemplos de interacciones físicas que los científicos considerarían las colisiones son los siguientes:

• Cuando un insecto cae en la hoja de una planta, se dice que sus patas chocan con la hoja.
• Cuando un gato camina a través de un césped, cada contacto que hacen sus patas con el suelo se considera una colisión, así como cada roce de su pelaje contra una hoja de hierba.
• Cuando un boxeador lanza un puñetazo, se dice que su puño choca con el cuerpo del oponente.
• Cuando un objeto astronómico se fusiona con un agujero negro , se considera que chocan.

Algunos usos coloquiales de la palabra colisión son los siguientes:

• Una colisión de tráfico implica al menos un automóvil.
• Una colisión en el aire se produce entre los aviones.
• Una colisión de barco implica con precisión al menos dos embarcaciones marítimas en movimiento que se golpean entre sí. (Ver toda la visión a continuación.)

Descripción general [ editar ]

La desviación ocurre cuando un objeto golpea una superficie plana. Si la energía cinética después del impacto es la misma que antes del impacto, es una colisión elástica. Si la energía cinética se pierde, es una colisión inelástica. No es posible determinar a partir del diagrama si la colisión ilustrada fue elástica o inelástica, porque no se proporcionan velocidades. Lo más que se puede decir es que la colisión no fue perfectamente inelástica, porque en ese caso la pelota se habría pegado a la pared.

La colisión es una interacción de corta duración entre dos cuerpos o más de dos cuerpos que causan simultáneamente cambios en el movimiento de los cuerpos involucrados debido a las fuerzas internas que actúan entre ellos durante este proceso. Las colisiones involucran fuerzas (hay un cambio en la velocidad ). La magnitud de la diferencia de velocidad justo antes del impacto se denomina velocidad de cierre. Todas las colisiones conservan el impulso . Lo que distingue los diferentes tipos de colisiones es si también conservan la energía cinética.. La línea de impacto es la línea que es colineal a la normal común de las superficies más cercanas o en contacto durante el impacto. Esta es la línea a lo largo de la cual actúa la fuerza interna de colisión durante el impacto, y el coeficiente de restitución de Newton se define solo a lo largo de esta línea. Las colisiones son de tres tipos. Ellos son: 1. Colisión perfectamente elástica Colisión 2.elástica 3. Colisión perfectamente elástica.

Específicamente, las colisiones pueden ser elásticas , lo que significa que conservan tanto el impulso como la energía cinética, o inelásticas , lo que significa que conservan el impulso pero no la energía cinética. Una colisión inelástica a veces también se llama colisión plástica.

Una colisión "perfectamente inelástica" (también llamada colisión "perfectamente plástica") es un caso limitantede colisión inelástica en el que los dos cuerpos se pegan después del impacto.

El grado en que una colisión es elástica o inelástica se cuantifica por el coeficiente de restitución , un valor que generalmente oscila entre cero y uno. Una colisión perfectamente elástica tiene un coeficiente de restitución de uno; Una colisión perfectamente inelástica tiene un coeficiente de restitución de cero.

Tipos de colisiones [ editar ]

Hay dos tipos de colisiones entre dos cuerpos: 1) Colisiones frontales o colisiones unidimensionales, donde la velocidad de cada cuerpo justo antes del impacto es a lo largo de la línea de impacto, y 2) Colisiones no frontales, colisiones oblicuas o colisiones bidimensionales, donde la velocidad de cada cuerpo justo antes del impacto no está a lo largo de la línea de impacto.

De acuerdo con el coeficiente de restitución, hay dos casos especiales de colisiones, como se indica a continuación:

1. Una colisión perfectamente elástica se define como aquella en la que no hay pérdida de energía cinéticaen la colisión. En realidad, cualquier colisión macroscópica entre objetos convertirá algo de energía cinética en energía interna y otras formas de energía, por lo que no hay impactos a gran escala que sean perfectamente elásticos. Sin embargo, algunos problemas son lo suficientemente cercanos como para ser perfectamente elásticos como para que puedan ser aproximados como tales. En este caso, el coeficiente de restitución es igual a uno.
2. Una colisión inelástica es aquella en la que parte de la energía cinética se cambia a alguna otra forma de energía en la colisión. El impulso se conserva en colisiones inelásticas (como ocurre con las colisiones elásticas), pero no se puede rastrear la energía cinética a través de la colisión, ya que parte de ella se convierte en otras formas de energía. En este caso, el coeficiente de restitución no es igual a uno.

En cualquier tipo de colisión hay una fase en la que, por un momento, los cuerpos en colisión tienen la misma velocidad a lo largo de la línea de impacto. Luego, la energía cinética de los cuerpos se reduce a su mínimo durante esta fase y puede denominarse fase máxima de deformación, la cual momentáneamente se El coeficiente de restitución se convierte en uno.

Las colisiones en los gases ideales se acercan perfectamente a las colisiones elásticas, al igual que las interacciones de dispersión de las partículas subatómicas que son desviadas por la fuerza electromagnética . Algunas interacciones a gran escala como las interacciones gravitacionales de tipo tirachinas entre satélites y planetas son perfectamente elásticas.

Las colisiones entre esferas duras pueden ser casi elásticas, por lo que es útil calcular el caso límite de una colisión elástica. El supuesto de conservación del momento así como la conservación de la energía cinética hace posible el cálculo de las velocidades finales en colisiones de dos cuerpos.

Allision [ editar ]

En el derecho marítimo , en ocasiones es deseable distinguir entre la situación de un barco que golpea un objeto en movimiento y el de un objeto estacionario. La palabra "alianza" se usa entonces para significar el golpe de un objeto estacionario, mientras que "colisión" se usa para significar el golpe de un objeto en movimiento. ^{[1] [2] [3]}Entonces, cuando dos embarcaciones corren una contra otra, se llama colisión, mientras que cuando una embarcación corría contra otra, se considera una alianza. ^[4] El objeto fijo también podría incluir un puente o muelle.. Si bien no hay una gran diferencia entre las dos terminologías y, a menudo, incluso se usan de manera intercambiable, es importante determinar la diferencia porque ayuda a aclarar las circunstancias de las emergencias y se adapta en consecuencia. ^[5] En el caso de Vane Line Bunkering, Inc. v. Natalie DM / V, se estableció que existía la presunción de que la embarcación en movimiento tenía la culpa, afirmando que "la presunción se deriva de la observación de sentido común de que las embarcaciones en movimiento por lo general no colisionar con objetos estacionarios a menos que el [movimiento] vaso se maneja mal de alguna manera. ” ^[6] Esto también se conoce como la Oregon Regla.

Enfoques analíticos vs. numéricos para resolver colisiones [ editar ]

Relativamente pocos problemas relacionados con colisiones pueden resolverse analíticamente; el resto requiere métodos numéricos . Un problema importante en la simulación de colisiones es determinar si dos objetos han chocado de hecho. Este problema se llama detección de colisión .

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Ejemplos de colisiones que pueden resolverse analíticamente [ editar ]

Billar [ editar ]

Las colisiones juegan un papel importante en los deportes de cue . Debido a que las colisiones entre las bolas de billar son casi elásticas, y las bolas ruedan sobre una superficie que produce baja fricción de rodadura , su comportamiento se usa a menudo para ilustrar las leyes de movimiento de Newton . Después de una colisión de fricción cero de una bola en movimiento con una estacionaria de igual masa, el ángulo entre las dos bolas es de 90 grados. Este es un hecho importante que los jugadores de billar profesionales toman en cuenta, ^[7] aunque asume que la pelota se mueve sin fricción por la mesa en lugar de rodar con fricción. Considere una colisión elástica en 2 dimensiones de 2 masas m ₁ y m ₂, con las respectivas velocidades iniciales u ₁ y u ₂ donde u ₂ = 0, y las velocidades finales V ₁ y V ₂ . La conservación del momento da m ₁ u ₁ = m ₁V ₁ + m ₂V ₂ . Conservación de energía para una colisión elástica da (1/2) m ₁ | u ₁ | ² = (1/2) m ₁ | V ₁ | ² + (1/2) m ₂ | V ₂ | ² . Ahora considere el caso m ₁ = m ₂ : obtenemos u ₁ = V ₁ + V ₂ y | u ₁ | ² = | V ₁ | ² + | V ₂ | ². Tomando el producto puntual de cada lado de la ecuación anterior consigo mismo, | u ₁ | ² = u ₁ • u ₁ = | V ₁ | ² + | V ₂ | ² +2 V ₁ • V ₂ . Comparando esto con la última ecuación se obtiene V ₁ • V ₂ = 0, por lo que son perpendiculares a menos que V ₁ sea ​​el vector cero (que ocurre si y solo si la colisión es frontal).

Colisión perfectamente inelástica [ editar ]

En una colisión perfectamente inelástica, es decir, un coeficiente cero de restitución , las partículas que chocan se unen. Es necesario tener en cuenta la conservación del impulso:

$${\ displaystyle m_ {a} \ mathbf {u} _ {a} + m_ {b} \ mathbf {u} _ {b} = \ left (m_ {a} + m_ {b} \ right) \ mathbf {v } \,}

donde v es la velocidad final, que por lo tanto está dada por

$${\ displaystyle \ mathbf {v} = {\ frac {m_ {a} \ mathbf {u} _ {a} + m_ {b} \ mathbf {u} _ {b}} {m_ {a} + m_ {b }}}}

La reducción de la energía cinética total es igual a la energía cinética total antes de la colisión en un centro del marco de impulso con respecto al sistema de dos partículas, porque en tal marco la energía cinética después de la colisión es cero. En este marco, la mayor parte de la energía cinética antes de la colisión es la de la partícula con la masa más pequeña. En otro marco, además de la reducción de la energía cinética, puede haber una transferencia de energía cinética de una partícula a otra; el hecho de que esto depende del cuadro muestra cuán relativo es esto. Con el tiempo invertido, tenemos la situación de dos objetos empujados uno contra el otro, por ejemplo, disparando un proyectil o un cohete que aplica un empuje (compare elderivación de la ecuación del cohete Tsiolkovsky ).

Ejemplos de colisiones analizadas numéricamente [ editar ]

Locomoción animal [ editar ]

Las colisiones del pie o la pata de un animal con el sustrato subyacente generalmente se denominan fuerzas de reacción en el suelo. Estas colisiones son inelásticas, ya que la energía cinética no se conserva. Un tema de investigación importante en prótesis es la cuantificación de las fuerzas generadas durante las colisiones entre el pie y el suelo asociadas con el modo de andar discapacitado y no discapacitado. Esta cuantificación generalmente requiere que los sujetos caminen a través de una plataforma de fuerza (a veces llamada "placa de fuerza"), así como un análisis cinemático y dinámico detallado (a veces denominado cinética).

Las colisiones utilizados como una herramienta experimental [ editar ]

Las colisiones se pueden utilizar como una técnica experimental para estudiar las propiedades materiales de los objetos y otros fenómenos físicos.

Exploración espacial [ editar ]

Se puede hacer que un objeto aterrice deliberadamente en otro cuerpo celeste, hacer mediciones y enviarlas a la Tierra antes de ser destruido, o permitir que otros instrumentos observen el efecto. Ver por ejemplo:

• Durante el Apollo 13 , Apollo 14 , Apollo 15 , Apollo 16 y Apollo 17 , el S-IVB (la tercera etapa del cohete) se estrelló contra la Luna para realizar la medición sísmica utilizada para caracterizar el núcleo lunar.
• Impacto profundo
• SMART-1 - Satélite de la Agencia Espacial Europea
• Sonda de impacto lunar - sonda ISRO

Descripción matemática de colisiones moleculares [ editar ]

Deje que los momentos lineales, angulares e internos de una molécula estén dados por el conjunto de r variables { p _i }. El estado de una molécula puede entonces ser descrito por el rango δw _i = δ p ₁ δ p ₂ δ p ₃ ... δ p _r . Hay muchos de estos rangos correspondientes a diferentes estados; un estado específico puede ser denotado por el índice i . Dos moléculas que sufren una colisión pueden, por lo tanto, denotarse por ( i , j ) (Este par ordenado se conoce a veces como una constelación.) Es conveniente suponer que dos moléculas ejercen un efecto insignificante entre sí a menos que su centro de gravedad se acerque dentro de una distancia crítica b . Por lo tanto, una colisión comienza cuando los respectivos centros de gravedad llegan a esta distancia crítica, y se completa cuando nuevamente alcanzan esta distancia crítica en su camino aparte. Bajo este modelo, una colisión está completamente descrita por la matriz.{\ displaystyle {\ begin {pmatrix} i & j \\ k & l \ end {pmatrix}}}, que se refiere a la constelación ( i , j ) antes de la colisión, y la constelación (en general diferente) ( k , l ) después de la colisión. Esta notación es conveniente para probar el teorema H de Boltzmann de la mecánica estadística .

Ataque por medio de una colisión deliberada [ editar ]

Los tipos de ataque por medio de una colisión deliberada incluyen:

• golpeando con el cuerpo: golpeando desarmado , golpeando , pateando
• Golpear con un arma, como una espada , un palo o un hacha.
• embestir con un objeto o vehículo, por ejemplo:
  • un automóvil chocando deliberadamente contra un edificio para asaltarlo
  • un ariete , un arma medieval utilizada para derribar puertas grandes, también una versión moderna es utilizada por las fuerzas policiales durante las redadas

Se puede lograr una colisión de ataque con un objeto distante lanzando o lanzando un proyectil .

curso de colisión , también conocido como kamikaze run , es la maniobra deliberada del operador de un objeto en movimiento (o, a menudo, en una nave espacial de ciencia ficción ) para colisionar con otro objeto. Es una maniobra desesperada ya que a menudo daña o destruye a ambos.

Usos en la historia [ editar ]

• Los antiguos trirremes griegos fueron reforzados y equipados con pisones de bronce , para que pudieran chocar con las naves enemigas y hundirlos.
• El almirante Nelson utilizó una táctica similar para atacar a la flota francesa en Trafalgar , para horror del capitán Hardy, cuando ordenó a los barcos británicos que "subieran a bordo" (se estrellen contra los barcos o justo delante de ellos).
• PT-109 , un barco torpedero comandado por el futuro presidente de EE. UU., Y luego el teniente John F. Kennedy , se cree que fue embestido intencionalmente por el destructor japonés Amagiri (1930) . El destructor cortó el barco PT por la mitad, matando a dos hombres e hiriendo gravemente a otros dos.
• Los pilotos kamikaze de Japón utilizaron tácticas de colisión para eliminar buques navales o grandes bombarderos en los últimos días de la Segunda Guerra Mundial . Tales tácticas se extendieron incluso a la construcción de aviones kamikaze dedicados, como el Ohka .

Usos ficticios [ editar ]

• En Space Battleship Yamato (película de 2010), el barco titular embiste a un buque enemigo para destruirlo.
• En Star Trek: Nemesis, la Enterprise E lanza la Scimitar .
• En Star Trek: Deep Space Nine, los Jem'Hadar utilizan una carrera kamikaze para detener a los grandes barcos de la Federación, especialmente la USS Odyssey (NCC-71832) destruida alrededor de la fecha estelar 47990.
• En el episodio " Año del infierno " de Star Trek: Voyager, el Capitán Janeway usó el USS Voyager para destruir la nave de armas Krenim .
• En el reinicio de JJ Abrams Star Trek , George Kirk embiste al USS Kelvin en la Narada para que la lanzadera pueda escapar de la destrucción de los romulanos . Spock también embiste al barco Vulcan Jellyfish en la Narada para detonar la materia roja que está a bordo.
• En Galaxy Quest (una parodia de Star Trek ), el Protector NSEA vuela a la nave de Sarris arrastrando minas espaciales, fingiendo un ataque suicida.
• En el episodio de Babilonia 5 " Severed Dreams ", la EAS dañada por la crítica Churchill embistió a la nave leal EAS Roanoke, destruyendo a ambas.
• En el episodio " Exodus Part 2 " de Battlestar Galactica (serie de televisión de 2004), la Battlestar Pegasus se estrella contra una Basestar. Ambas naves son destruidas, con una segunda basestar destruida por escombros.
• En Stargate SG-1 , los barcos de Jaffa Ha'tak embisten cruceros de batalla Ori en al menos dos ocasiones, pero no pueden derrotar a los escudos de Ori superiores, lo que resulta en la destrucción de solo los Ha'taks.
• En Stargate Atlantis , dos dardos destruyen la antigua plataforma de armas que se iba a utilizar para destruir la nave de colmena ZPM.
• En Stargate Universe , los escudos de Destiny fueron modificados para recibir una cantidad menor de daño de las armas de los drones, pero los drones utilizaron Kamikaze Runs para penetrar los escudos de Destiny y dañar la nave.
• En El retorno del Jedi, un piloto de Ala-A choca a su luchador dañado en el puente de un Super Destructor Estelar y hace que caiga en la Estrella de la Muerte.
• En el Día de la Independencia, la batalla aérea final que tiene lugar en el Área 51, el piloto Russell Casse choca su avión contra el núcleo de la nave espacial, que a su vez lo destruye.
• En Killzone 2 , el Coronel Jan Templar, luego de ser herido de muerte, reprograma a su buque insignia, New Sun, para que se estrellara contra la red de defensa de Helghan.
• En Prometheus (película de 2012), el Capitán Janek usa el Prometheus para evitar que la nave del Ingeniero se escape y entregue su carga útil a la Tierra.
• En el episodio " Sun Probe " de Thunderbirds , el cohete Sun Probe y el Thunderbird 3 se dirigían casi directamente hacia el Sol .
• En el episodio " White as Snow " de Captain Scarlet , un TVR-17 reconstruido estaba en el blanco de Cloudbase .