Colisão

 Nota: Para outros significados, veja Colisão (desambiguação).

Em física, colisão é um evento em que dois ou mais corpos exercem forças um sobre o outro por um tempo relativamente curto. Embora a palavra colisão seja mais comumente utilizada nos casos em que há um grande impacto entre dois objetos, o uso científico do termo “colisão” não se limita apenas à magnitude da força.

Em um jogo de bilhar, as colisões são praticamente elásticas.

Alguns exemplos de interações físicas que cientistas consideram como sendo colisões:

• Choque entre duas bolas de sinuca.

• Contato dos pés com o chão, ao caminhar.

• Soco de um lutador na face do outro.

Visão geral

Colisão é a interação de curta duração entre dois corpos ou mais do que dois corpos, causando simultaneamente a mudança de movimento dos corpos envolvidos devido às forças internas agindo entre eles durante este. Todas as colisões conservam o momento linear. O que distingue diferentes tipos de colisões é se elas também conservam a energia cinética. Colisões podem ser elásticas, o que significa que há conservação de energia cinética e momento; inelásticas, o que significa que há conservação de momento mas não de energia cinética; ou totalmente inelásticas (ou plásticas), quando o momento é conservado mas os dois objetos ficam juntos após a colisão.

O movimento e a colisão de objetos são estudados em dinâmica.

Casos particulares

Existem dois casos particulares de colisão: a colisão perfeitamente elástica e a inelástica. É definida como uma colisão perfeitamente elástica aquela em que o momento linear do sistema é preservado e não há perda de energia cinética na colisão, ou seja, no caso de um objeto A com uma velocidade X colidir com um objeto B que está parado, esse objeto B sairá com uma velocidade X e o objeto A ficará parado. Ou se os dois objetos tiverem velocidade diferente de zero eles trocaram de velocidade. Já na colisão inelástica o momento linear também é conservado, porém parte da energia cinética é transformada parcialmente em energia potencial, que será armazenada, e também dissipará energia na forma de calor, efeito joule, energia sonora e por não ser elástico parte da energia é utilizada nas deformações permanentes. Qualquer colisão entre objetos macroscópicos irá converter uma parte da energia cinética em energia interna, e outras formas de energia, de modo que nenhum impacto em larga escala são perfeitamente elásticos. Não se pode controlar a energia cinética através da colisão, já que parte dela é convertida em outras formas de energia. No entanto, alguns problemas são tão próximos de serem perfeitamente elásticos que podem ser aproximados como tal.

Colisões em gases ideais abordam impactos perfeitamente elásticos, assim como as interações de dispersão de partículas subatômicas que são desviadas pela força eletromagnética.

Colisões entre esferas rígidas, podem ser quase elásticas, por isso são úteis para calcular uma colisão elástica. A hipótese de conservação do momento, bem como a conservação de energia cinética torna possível o cálculo das velocidades finais em duas colisões opostas.

Descrição desportiva

Em diversos esportes, as colisões desempenham um papel importante. Uma vez que as colisões entre bolas de bilhar são quase elásticas, as bolas rolam sobre uma superfície que produz deslizamentos de baixo atrito, seu comportamento é muitas vezes utilizado para ilustrar as leis de Newton sobre movimento. Depois de uma colisão de baixa fricção de uma bola em movimento, com uma estacionária de massa igual, o ângulo entre as direções das duas esferas é de 90 graus. Este é um fato importante que os jogadores de bilhar profissional levam em conta.

Considere uma colisão entre massas m₁ e m₂.

Conservação do momento linear:

Analisaremos situações em que se considera F_ext= 0, assim o momento linear total do sistema se conserva (P é constante).

P_f = P_i.

P_1f + P_2f = P_1i + P_2i

m₁v_1f + m₂v₂f = m₁v_1i + m₂v_2f (válido para toda colisão).

Conservação de energia de colisão:

A energia total do sistema conserva-se em qualquer colisão. Entretanto, a energia mecânica nem sempre se conserva. Parte da energia cinética pode ser transformada em calor ou deformação, por exemplo.

Colisão elástica é aquela em que a energia mecânica se conserva.

Colisão inelástica é aquela em que a energia mecânica não é conservada.

Balanço de energia mecânica durante uma colisão:

(1/2)m₁|v_1f|² + (1/2)m₂|v_{2f|² = (1/2)m1|V1i|² + (1/2)m1|V2i|² - ∆U (válido para toda colisão)}

onde ∆ U representa a perda de energia mecânica do sistema.

Se ∆U > 0, a energia cinética do sistema diminui com a colisão.

Se ∆U = 0, a energia cinética do sistema não varia e a colisão é elástica.

Se ∆U < 0, a energia cinética do sistema aumenta com a colisão.

Astrofísica

Utilizando-se de colisões, um objeto ou corpo pode ser utilizado para efetuar medições de diversos parâmetros em outro corpo, nesses estudos, aplicam-se testes de impactos em corpos celeste e aparelhos integrados como satélites, sondas, enviam as informações de volta para a Terra para posterior análise antes de serem destruído.

Durante as operações de Apollo 13, Apollo 14, Apollo 15, Apollo 16 e Apollo 17, os S-IVB (cápsulas e componenentes do estágio do terceiro foguete) colidiram com a Lua a fim de realizar medições sísmicas aprimorando estudos e técnicas de conhecimento do núcleo e do solo lunar.

Ver também

• Colisão elástica
• Colisão inelástica
• Coeficiente de restituição

Ligaçoes externas

• Three Dimensional Collision - Oblique inelastic collision between two homogeneous spheres.
• Two Dimensional Collision - Java applet that simulates elastic collisions.
• Tolman, R. C. (1938). Os Princípios da Mecânica Estatística. Oxford: Clarendon Press. Relançado (1979) Nova Iorque: Dover ISBN 0-486-63896-0.