4.1: Energia Cinética

Energia Cinética em Colisões

Para obter alguns insights mais profundos sobre o conceito de energia cinética, e as formas em que ele é diferente do momentum, é útil olhar para a mesma configuração em que “descobrimos” momentum, ou seja, de uma dimensão colisões em um sistema isolado. Se olharmos novamente para a colisão representada na figura 3.1.1 do Capítulo 3, reproduzida abaixo:,

\

Note que 1/18 + 4/9 = 9/18 = 1/2, e assim por

\

Em palavras, vemos que, neste caso de colisão, o valor final da energia cinética total é igual ao seu valor inicial, e portanto, parece que temos “descoberto” outro conservada quantidade (além de momentum) para este sistema.

esta crença pode ser reforçada se olharmos em seguida para a colisão descrita na figura 3.1.2 do Capítulo 3, novamente reproduzida abaixo. Lembro-me de ter assinalado na altura que podemos pensar que esta colisão é, na realidade, a mesma que a Figura 3.1.1, olhado apenas a partir de outro quadro de referência (um movendo-se inicialmente para a direita a 1 m/s). Teremos mais a dizer sobre como transformar as quantidades de um quadro de referência para outro até o final do capítulo.

as coisas são, no entanto, muito diferentes quando consideramos o terceiro exemplo de colisão mostrado no Capítulo 3, ou seja, aquele em que os dois objetos estão presos juntos após a colisão.

\

o Que isso mostra, no entanto, é que ao contrário do momentum total de um sistema, que não é afetado pela interno interações, a energia cinética total não depende dos detalhes da interação, e, assim, transmite algumas informações sobre sua natureza. Podemos então aperfeiçoar nosso estudo de colisões para distinguir dois tipos: aqueles onde a energia cinética inicial é recuperada após a colisão, que chamaremos elástica, e aqueles onde ela não está, que chamamos inelástica. Um caso especial de colisão inelástica é o chamado totalmente inelástico, onde os dois objetos acabam presos juntos, como Na Figura \(\PageIndex{3}\). Como veremos mais adiante, o “déficit” de energia cinética é maior nesse caso.

eu disse acima que, em uma colisão elástica, a energia cinética é “recuperado”, e eu prefiro esta terminologia para “conservada”, porque, na verdade, ao contrário do total ímpeto, a energia cinética total de um sistema não permanece constante ao longo da interação, nem mesmo durante uma colisão elástica. O exemplo mais simples para mostrar isso seria uma colisão elástica e frontal entre dois objetos de massa igual, movendo-se na mesma velocidade para o outro. No curso da colisão, ambos os objetos são trazidos momentaneamente a uma parada antes que eles invertam a direção e saltam para trás, e naquele instante, a energia cinética total é zero.

pode também examinar as figuras \(\PageIndex{1}\) e \(\PageIndex{2}\) acima, e calcular, a partir dos gráficos, o valor da energia cinética total durante a colisão. Você verá que ele mergulha no mínimo, e então volta ao seu valor inicial (Veja Também a figura \(\PageIndex{4}\), mais tarde neste capítulo). Convencionalmente, podemos falar de energia cinética como sendo “conservada” em colisões elásticas, mas é importante perceber que estamos olhando para um tipo diferente de “conservação” do que o que nós tivemos com o total de momentum, que era constante antes, durante e após a interação, enquanto o sistema permaneceu isolada.

colisões Elásticas sugerem que, qualquer que seja a natureza suprema desta coisa que chamamos de “energia” pode ser, pode ser possível armazená-lo de alguma forma (neste caso, durante o curso da colisão) e, em seguida, recuperá-lo, como a energia cinética, eventualmente. Isso abre caminho para a introdução de outros tipos de “energia” além da energia cinética, como veremos em um capítulo posterior, e a possibilidade de interconversão ocorrer entre esses tipos. Para o momento, vamos simplesmente dizer que, em uma colisão elástica certa quantidade de energia cinética é armazenada temporariamente, como algum tipo de “energia interna”, e após a colisão, este é convertido em energia cinética; considerando que, em uma colisão inelástica, uma certa quantidade de energia cinética fica irrevogavelmente convertido em alguns “energia interna” e nós nunca obtê-lo de volta.

Já que o que acontece, em última análise, depende dos detalhes e da natureza da interação, seremos levados a distinguir entre “conservadores” interações, onde a energia cinética é reversível armazenados como algumas outras formas de energia em algum lugar, e “dissipativos” interações, onde a conversão de energia é, ao menos em parte, irreversível. Claramente, colisões elásticas estão associadas com interações conservadoras e colisões inelásticas estão associadas com interações dissipativas. No entanto, esta classificação preliminar das interacções terá de ser revista um pouco mais cuidadosamente no próximo capítulo.