Vamos discutir alguns fatos detalhados sobre uma colisão superelástica, como e onde ela ocorre, alguns exemplos e fatos detalhados.
Colisões superelásticas são aquelas em que a partícula em colisão não perde sua energia cinética, em vez disso, ganha alguma energia cinética da partícula com a qual está colidindo e acelera em uma taxa mais rápida após a colisão.
O que é uma colisão superelástica
A colisão é considerada elástica quando o momento e a energia cinética do objeto após a colisão são conservados. Pode haver perda ou ganho de energia durante a colisão dos objetos.
Uma colisão em que não há perda de energia, em vez do objeto ganhar uma quantidade adicional de energia, a colisão é considerada uma colisão superelástica. Esse suprimento auxiliar de energia cinética pode ser o resultado da conversão da energia potencial do objeto em energia cinética.
Onde ocorre a colisão superelástica
A maioria das colisões na natureza são colisões inelásticas onde a energia cinética do objeto em colisão é convertida em alguma outra forma de energia.
Bem, uma colisão superelástica ocorre principalmente em reações explosivas como fissões nucleares, reatores, supernovas, explosões, etc. que criam um impacto crítico. Este é um resultado devido a um ganho da quantidade adicional de energia cinética sem qualquer perda de energia. Na colisão, subsequentemente, um objeto recebe a energia do objeto com o qual está colidindo, o que excede a energia cinética do objeto.
Fórmula de colisão superelástica
Considere duas moléculas de massa m1 e m2. Uma molécula de massa m1 está se aproximando do infinito com velocidade u1 e colide com a massa m2 movendo-se na velocidade u2. Após uma colisão, ambas as massas se desviam uma da outra formando um ângulo com um plano com velocidades v1 e v2.
Em uma colisão elástica, o momento das partículas antes e depois de uma colisão é conservado, dado pela relação
m1u1+m2u2=m1v1+m2v2
Onde m1, m2 são massas das partículas 1 e 2, respectivamente
u1, u2 são velocidades iniciais de ambas as partículas antes da colisão, e
v1, v2 são as velocidades finais das partículas após a colisão.
O momento da molécula em colisão após uma colisão será maior do que o momento da molécula antes da colisão.
m1u1<m1v1
O que implica que u1<v1
E a energia cinética da partícula na colisão é
1 / 2 m1u12+1/2m2u22= 1/2 m1v12+1/2m2v22
Desde você1<v1, a energia cinética da molécula em colisão após a colisão será aumentada.
1 / 2 m1u12<1/2 m1v12
Isso significa que a energia associada à molécula 2 será reduzida, pois ela irá transferir sua energia potencial para a molécula 1, que se converterá em energia cinética.
Exemplo de colisão superelástica
Vamos discutir alguns exemplos de colisão super elástica para entender melhor o termo.
Ficão nuclear
Fissão é o processo de divisão de um reagente em dois ou mais produtos. Um núcleo do átomo se divide em dois ou mais núcleos quando um fóton altamente energético colide com os núcleos.
Um fóton que se aproxima do infinito carrega consigo energia cinética, ao bombardear com o núcleo ele libera sua energia para o núcleo devido ao qual o núcleo se torna instável. Isso resulta na divisão do núcleo em dois núcleos filhos, liberando o fóton.
A massa do núcleo se reduz à metade e a energia potencial do núcleo é convertida em energia cinética e, portanto, a energia cinética final emitida em um processo após a colisão é alta. Essa técnica é usada em armas nucleares, em reatores nucleares para produzir energia enorme.
Ligas com memória de forma
As ligas com memória de forma são materiais superelásticos fabricados em uma temperatura específica. A liga é moldada em uma forma particular durante o aquecimento, mantendo uma certa temperatura e resfriando rapidamente. Esta forma é memorizada pela liga.
Um objeto muda sua forma quando uma carga externa é imposta a ele, mas recupera sua forma quando a carga é removida e exposta à mesma temperatura em que foi formada. Essa superelasticidade é um processo reversível.
Principalmente, as ligas de cobre-alumínio-níquel e níquel-titânio são usadas como uma liga com memória de forma. O níquel-titânio é uma liga com memória de forma usada na fabricação de fios ortodônticos.
Bomba de urânio
O Urânio-235 é um átomo altamente radioativo e libera grande quantidade de energia durante sua fissão, por isso é mais utilizado em reatores e explosivos.
Isso é semelhante à fissão nuclear, o nêutron quando colide com o átomo de urânio-235, a energia cinética do nêutron é transferida para um átomo de urânio e se torna instável devido à disponibilidade de um nêutron extra. Este nêutron recua junto com o átomo.
O átomo altamente instável se divide em dois núcleos filhos mostrados no diagrama acima, liberando três núcleos livres que então reagem com outro átomo de urânio para a fissão. Esta reação libera uma enorme quantidade de energia e calor ao redor, portanto, é uma reação exotérmica.
Primavera
A mola, quando comprimida, armazena a energia potencial nela. Ao liberar a pressão da corda, ele libera uma grande quantidade de energia potencial na forma de energia cinética.
Leia mais na primavera energia potencial.
Cometa se aproximando do sol
O sol tem a maior força de atração gravitacional em um planeta nebulosa e, portanto, a maioria dos cometas que se aproximam da nebulosa distante chegam ao redor do Sol. Eles ganham energia potencial suficiente por meio das radiações emitidas pelo Sol e se desviam em uma via parabólica. A energia cinética do cometa após a deflexão é muito maior do que sua energia cinética ao se aproximar do sol.
O impulso é conservado em uma colisão elástica
O impulso é definido como uma força estimulada no objeto em um intervalo de tempo definido e dado pela fórmula
Eu=FΔ t
Onde estou o impulso
F é uma força
Δ t é uma mudança no tempo.
O impulso também é igual à mudança no momento do objeto.
I=ΔP
Conseqüentemente, ΔP = F Δ t
Em uma colisão elástica, a mudança no momento do objeto é igual à diferença entre o momento do objeto antes e depois da colisão.
ΔP=m[Vf-Vi]
Onde m é uma massa do objeto em colisão.
Vf é a velocidade final do objeto
Vi é a velocidade inicial do objeto
Portanto,
F Δ t = m[Vf-Vi]
O impulso no objeto em uma colisão pode ser descoberto encontrando a diferença entre as velocidades do objeto antes e depois da colisão.
É óbvio que há um impulso na colisão em ambos os objetos, mas devido à força de reação oposta, o impulso é reduzido e cancelado. Na maioria dos casos, há uma ligeira mudança no momento do objeto.
Como você resolve uma colisão perfeitamente elástica
Em uma colisão perfeitamente elástica, não há perda da energia cinética do objeto após a colisão. O momento e a energia cinética do objeto em uma colisão perfeitamente elástica são conservados.
Considere uma partícula de massa m1 acelerando a uma velocidade u1 atinge a partícula de massa m2 movendo-se com velocidade u2, então o momento da partícula 1 é m1 u1 e o da partícula 2 é m2u2. A partícula 1 se aproxima da partícula 2 e colide com ela, criando um impacto líquido zero e ambas as partículas 1 e 2 ganham velocidade v1 e v2 respectivamente e desviar em duas direções diferentes.
Uma vez que o momento das partículas é conservado antes e depois da colisão
m1u1+m2u2=m1v1+m2v2
Não há perda de energia cinética das partículas, portanto, a energia cinética antes e depois da colisão permanece inalterada.
1 / 2 m1u1+1/2m2u2= 1/2 m1v1+1/2m2v2
m1(u1-v1)=m2(v2-u2)
m1/m2=v2-u2/u1-v1
Leia mais sobre 8+ Exemplos de colisão perfeitamente elástica: fatos detalhados e perguntas frequentes.
Perguntas Frequentes
T1. Um objeto A com 5 kg de massa colide com o objeto B em repouso a uma velocidade de 3m / s. Após a colisão, os dois objetos se movem a uma velocidade de 0.8 m / s. Qual é a massa do objeto B? Qual é o impulso no objeto devido à colisão?
Dado:m1= 5kg
m2=?
u1= 3m / s
u2=0
v1=v2= 0.8m / s
Desde o momento é conservado na colisão
m1u1+m2u2=m1v1+m2v2
5*3+m2*0=5*0.8+m2* 0.8
15+0=4+m2* 0.8
11=m2* 0.8
m2=11/0.8=13.75kg
A massa do objeto 2 é 13.75 kg.
O momento total do objeto antes da colisão é
P do estado inicial,=m1u1+m2u2=5*3+13.75*0=15
Pfinal=m1v1+m2v2 = 5*0.8 + 13.75 * 0.8 = 4+11 = 15
O impulso no objeto devido à colisão é
Eu = ΔP=Pfinal - P do estado inicial, = 15-15 = 0
Portanto, não há impulso conservado na colisão.
Qual é o impulso devido à colisão?
Um impulso é a duração da força aplicada nas partículas durante a colisão.
Também é definido como a mudança no momento dos objetos antes e depois de uma colisão e é igual à força imposta pelo objeto por um tempo de duração finito.
Como o impulso difere em uma colisão perfeitamente elástica e uma colisão superelástica?
A momento do objeto é conservado, portanto, o impulso torna-se zero em uma colisão perfeitamente elástica.
Na colisão superelástica, o momento do objeto aumenta após a colisão à medida que a energia cinética se destaca, portanto o impulso é positivo.
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Olá, sou Akshita Mapari. Eu fiz M.Sc. em Física. Trabalhei em projetos como Modelagem numérica de ventos e ondas durante ciclones, Física de brinquedos e máquinas mecanizadas de emoção em parque de diversões baseado na Mecânica Clássica. Fiz um curso de Arduino e realizei alguns miniprojetos no Arduino UNO. Gosto sempre de explorar novas zonas no campo da ciência. Pessoalmente, acredito que o aprendizado é mais entusiasmado quando aprendido com criatividade. Além disso, gosto de ler, viajar, dedilhar violão, identificar rochas e estratos, fotografar e jogar xadrez.