Collisione superelastica: fatti dettagliati e domande frequenti

Discutiamo alcuni fatti dettagliati su una collisione super elastica, come e dove si verifica, alcuni esempi e fatti dettagliati.

Le collisioni superelastiche sono quelle in cui la particella in collisione non perde la sua energia cinetica, ma guadagna invece energia cinetica dalla particella con cui sta urtando e accelera a una velocità maggiore dopo l'urto.

Cos'è un urto superelastico

L'urto si dice elastico quando si conserva la quantità di moto e l'energia cinetica dell'oggetto dopo l'urto. Potrebbe esserci perdita o guadagno di energia durante la collisione degli oggetti.

Un urto in cui non c'è perdita di energia invece l'oggetto guadagna una quantità aggiuntiva di energia, allora l'urto si dice che sia un urto superelastico. Questa fornitura ausiliaria di energia cinetica può essere il risultato della conversione dell'energia potenziale dell'oggetto in energia cinetica.

Dove si verifica l'urto superelastico?

La maggior parte delle collisioni in natura lo sono collisioni anelastiche dove l'energia cinetica dell'oggetto in collisione viene convertita in un'altra forma di energia.

Bene, una collisione super elastica si verifica principalmente in reazioni esplosive come fissioni nucleari, reattori, supernove, esplosioni, ecc. che creano un impatto critico. Questo è un risultato dovuto ad un guadagno della quantità aggiuntiva di energia cinetica senza alcuna perdita di energia. In caso di collisione, successivamente, un oggetto riceve l'energia dall'oggetto con cui sta urtando, che supera l'energia cinetica dell'oggetto.

Formula di collisione super elastica

Consideriamo due molecole di massa m1 e m2. Una molecola di massa m1 si avvicina dall'infinito con velocità u1 e si scontra con la massa m2 muovendosi a velocità u2. Dopo un urto, entrambe le masse si allontanano l'una dall'altra formando un angolo con un piano con velocità v1 e v2.

In un urto elastico la quantità di moto delle particelle prima e dopo l'urto si conserva, quindi data dalla relazione

m1u1+m2u2=m1v1+m2v2

Dove m1, m2 sono masse rispettivamente della particella 1 e 2

u1, u2 sono le velocità iniziali di entrambe le particelle prima della collisione, e

v1, v2 sono le velocità finali delle particelle dopo l'urto.

La quantità di moto della molecola in collisione dopo una collisione sarà maggiore della quantità di moto della molecola prima della collisione.

m1u1<m1v1

Il che implica che u1<v1

E l'energia cinetica della particella nell'urto è

1 / m 21u12+1/2 mt2u22= 1/2 m1v12+1/2 mt2v22

Dal momento che tu1<v1, l'energia cinetica della molecola in collisione dopo la collisione sarà aumentata.

1 / m 21u12<1/2 m1v12

Ciò significa che l'energia associata alla molecola 2 sarà ridotta poiché trasferirà la sua energia potenziale alla molecola 1 che si convertirà in energia cinetica.

Esempio di collisione superelastica

Discutiamone alcuni esempi di collisione superelastica per capire meglio il termine.

Fissione nucleare

La fissione è il processo di scissione di un reagente in due o più prodotti. Un nucleo dell'atomo si divide in due o più nuclei quando un fotone altamente energetico si scontra con i nuclei.

collisione super elastica
Fissione nucleare

Un fotone che si avvicina dall'infinito porta con sé energia cinetica, bombardando con il nucleo rilascia la sua energia al nucleo a causa della quale il nucleo diventa instabile. Ciò si traduce in una scissione del nucleo in due nuclei figli che rilasciano il fotone.

La massa del nucleo si riduce alla metà e l'energia potenziale del nucleo viene convertita in energia cinetica e quindi l'energia cinetica finale emessa in un processo dopo l'urto è elevata. Questa tecnica viene utilizzata nelle armi nucleari, nei reattori nucleari per produrre enormi quantità di energia.

Leghe a memoria di forma

Le leghe a memoria di forma sono materiali super elastici fabbricati a una determinata temperatura. La lega viene modellata in una forma particolare durante il riscaldamento, il mantenimento di una certa temperatura e il rapido raffreddamento. Questa forma viene memorizzata dalla lega.

Un oggetto cambia forma quando gli viene imposto un carico esterno ma riacquista la sua forma una volta che il carico viene rimosso ed esposto alla stessa temperatura alla quale si è formato. Questa superelasticità è un processo reversibile.

Principalmente, le leghe di rame-alluminio-nichel e nichel-titanio vengono utilizzate come leghe a memoria di forma. Il nichel-titanio è una di queste leghe a memoria di forma utilizzata nella produzione di fili ortodontici.

Bomba all'uranio

L'uranio-235 è un atomo altamente radioattivo e durante la sua fissione emette una grande quantità di energia, motivo per cui viene utilizzato principalmente nei reattori e negli esplosivi.

collisione super elastica
Fissione dell'atomo di uranio

Questo è simile alla fissione nucleare, il neutrone quando si scontra con l'atomo di uranio-235, l'energia cinetica del neutrone viene trasferita su un atomo di uranio e diventa instabile a causa di una disponibilità extra di neutroni. Questo neutrone si ritrae insieme all'atomo.

L'atomo altamente instabile si divide in due nuclei figli mostrati nel diagramma sopra, rilasciando tre nuclei liberi che poi reagiscono con un altro atomo di uranio per la fissione. Questa reazione emette un'enorme quantità di energia e calore nell'ambiente circostante, quindi è una reazione esotermica.

Primavera

La molla, una volta compressa, immagazzina in essa l'energia potenziale. Rilasciando la pressione dalla corda, emette una grande quantità di energia potenziale sotto forma di energia cinetica.

Leggi di più sulla primavera energia potenziale.

Cometa che si avvicina al sole

Il sole ha la più alta forza di attrazione gravitazionale in un solare nebulosa e quindi la maggior parte delle comete che si avvicinano dalla nebulosa lontana si estendono attorno al Sole. Guadagnano energia potenziale sufficiente attraverso le radiazioni emesse dal Sole e deviano in un percorso parabolico. L'energia cinetica della cometa dopo la deflessione è di gran lunga maggiore della sua energia cinetica mentre si avvicina al Sole.

L'impulso si conserva in un urto elastico?

L'impulso è definito come una forza stimolata sull'oggetto in un determinato intervallo di tempo e dato dalla formula

io=FΔ t

Dove sono l'impulso

F è una forza

Δ È un cambiamento nel tempo.

L'impulso è anche uguale alla variazione della quantità di moto dell'oggetto.

I=ΔP

Quindi, ΔP=F Δ t

In un urto elastico, la variazione della quantità di moto dell'oggetto è uguale alla differenza tra la quantità di moto dell'oggetto prima e dopo l'urto.

ΔP=m[Vf-Vi]

dove m è la massa dell'oggetto in collisione.

Vf è la velocità finale dell'oggetto

Vi è la velocità iniziale dell'oggetto

Perciò,

F Δ t=m[Vf-Vi]

L'impulso sull'oggetto in una collisione può essere scoperto trovando la differenza tra le velocità dell'oggetto prima e dopo la collisione.

È ovvio che c'è un impulso sull'urto su entrambi gli oggetti, ma a causa della forza di reazione opposta l'impulso viene ridotto e annullato. Nella maggior parte dei casi, c'è un leggero cambiamento nella quantità di moto dell'oggetto.

Come si risolve un urto perfettamente elastico?

In un urto perfettamente elastico, non c'è perdita dell'energia cinetica dell'oggetto dopo l'urto. La quantità di moto e l'energia cinetica dell'oggetto in un urto perfettamente elastico si conservano.

Consideriamo una particella di massa m1 accelerando ad una velocità u1 colpisce la particella di massa m2 muovendosi con velocità u2, allora il momento della particella 1 è m1 u1 e quello della particella 2 è m2u2. La particella 1 si avvicina alla particella 2 e si scontra con essa creando un impatto netto zero ed entrambe le particelle 1 e 2 guadagnano velocità v1 e v2 rispettivamente e deviare in due direzioni diverse.

Poiché la quantità di moto delle particelle si conserva prima e dopo l'urto

m1u1+m2u2= m1v1+m2v2

Non c'è perdita di energie cinetiche delle particelle, quindi l'energia cinetica prima e dopo l'urto rimane invariata.

1 / m 21u1+1/2 mt2u2= 1/2 m1v1+1/2 mt2v2

m1(u1-v1)=m2(v2-u2)

m1/m2=v2-u2/u1-v1

Per saperne di più su 8+ Esempi di collisioni perfettamente elastiche: fatti dettagliati e domande frequenti.

Domande frequenti

Q1. Un oggetto A di massa 5 kg si scontra con un oggetto B fermo alla velocità di 3 m/s. Dopo la collisione, entrambi gli oggetti si muovono a una velocità di 0.8 m/s. Qual è la massa dell'oggetto B? Qual è l'impulso sull'oggetto dovuto alla collisione?

Dato: m1= 5 kg

m2=?

u1= 3 m/s

u2=0

v1=v2= 0.8 m/s

Da allora, il la quantità di moto è conservata nella collisione

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

La massa dell'oggetto 2 è di 13.75 kg.

La quantità di moto totale dell'oggetto prima dell'urto è

Pinizialmente=m1u1+m2u2=5*3+13.75*0=15

Pfinale=m1v1+m2v2 = 5*0.8 + 13.75 * 0.8 = 4+11 = 15

L'impulso sull'oggetto dovuto alla collisione è

io = ΔP=Pfinale - Pinizialmente = 15-15 = 0

Quindi, non vi è alcun impulso conservato nell'urto.

Qual è l'impulso dovuto alla collisione?

Un impulso è la durata della forza applicata sulle particelle durante la collisione.

È anche definito come la variazione di quantità di moto degli oggetti prima e dopo una collisione ed è uguale alla forza imposta dall'oggetto per una durata di tempo finita.

In che modo l'impulso differisce in un urto perfettamente elastico e in un urto superelastico?

Le la quantità di moto dell'oggetto è conservata quindi l'impulso diventa zero in un urto perfettamente elastico.

Nell'urto superelastico, la quantità di moto dell'oggetto aumenta dopo l'urto poiché l'energia cinetica eccelle, quindi l'impulso è positivo.

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