4.1: energia cinetică
energia cinetică în coliziuni
pentru a obține mai multe informații despre conceptul de energie cinetică și despre modurile în care aceasta este diferită de impuls, este util să o privim în același cadru în care am “descoperit” impulsul, și anume coliziunile unidimensionale într-un sistem izolat. Dacă ne uităm din nou la coliziunea reprezentată în figura 3.1.1 din capitolul 3, reprodusă mai jos,
\
rețineți că 1/18 + 4/9 = 9/18 = 1/2, și așa mai departe
\
în cuvinte, constatăm că, în această coliziune, valoarea finală a energiei cinetice totale este aceeași cu valoarea sa inițială și, astfel, se pare că am “descoperit” o altă cantitate conservată (în afară de impuls) pentru acest sistem.
această credință poate fi întărită dacă ne uităm în continuare la coliziunea descrisă în figura 3.1.2 din capitolul 3, reprodusă din nou mai jos. Reamintim că am subliniat atunci că ne putem gândi la acest lucru ca fiind într-adevăr aceeași coliziune ca cea descrisă în figura 3.1.1, privit doar dintr-un alt cadru de referință (unul care se deplasează inițial spre dreapta la 1 m/s). Vom avea mai multe de spus despre cum să transformăm cantitățile dintr-un cadru de referință în altul până la sfârșitul capitolului.
cu toate acestea, lucrurile sunt foarte diferite atunci când luăm în considerare al treilea exemplu de coliziune prezentat în Capitolul 3, și anume cel în care cele două obiecte sunt lipite între ele după coliziune.
\
ceea ce arată acest lucru, totuși, este că, spre deosebire de impulsul total al unui sistem, care este complet neafectat de interacțiunile interne, energia cinetică totală depinde de detaliile interacțiunii și, astfel, transmite unele informații despre natura sa. Putem apoi să ne perfecționăm studiul coliziunilor pentru a distinge două tipuri: cele în care energia cinetică inițială este recuperată după coliziune, pe care o vom numi elastică, și cele în care nu este, pe care le numim inelastice. Un caz special de coliziune inelastică este cel numit Total inelastic, unde cele două obiecte ajung lipite împreună, ca în figura \(\PageIndex{3}\). După cum vom vedea mai târziu, “deficitul” de energie cinetică este cel mai mare în acest caz.
am spus mai sus că într-o coliziune elastică energia cinetică este “recuperată” și prefer această terminologie decât “conservată”, deoarece, de fapt, spre deosebire de impulsul total, energia cinetică totală a unui sistem nu rămâne constantă pe tot parcursul interacțiunii, nici măcar în timpul unei coliziuni elastice. Cel mai simplu exemplu pentru a arăta acest lucru ar fi o coliziune elastică, frontală, între două obiecte de masă egală, care se deplasează cu aceeași viteză unul față de celălalt. În cursul coliziunii, ambele obiecte sunt oprite momentan înainte de a inversa direcția și de a sări înapoi, iar în acel moment, energia cinetică totală este zero.
de asemenea, puteți examina figurile \(\PageIndex{1}\) și \(\PageIndex{2}\) de mai sus și puteți calcula, din grafice, valoarea energiei cinetice totale în timpul coliziunii. Veți vedea că scade la minimum și apoi revine la valoarea inițială (vezi și figura \(\PageIndex{4}\), mai târziu în acest capitol). În mod convențional, putem vorbi despre energia cinetică ca fiind “conservată” în coliziuni elastice, dar este important să ne dăm seama că ne uităm la un alt fel de “conservare” decât ceea ce am avut cu impulsul total, care a fost constant înainte, în timpul și după interacțiune, atâta timp cât sistemul a rămas izolat.
coliziunile elastice sugerează că, oricare ar fi natura finală a acestui lucru pe care îl numim “energie”, ar putea fi posibil să o stocăm într-o anumită formă (în acest caz, în cursul coliziunii) și apoi să o recuperăm, ca energie cinetică, în cele din urmă. Aceasta deschide calea pentru introducerea altor tipuri de” energie ” în afară de energia cinetică, așa cum vom vedea într-un capitol ulterior, și posibilitatea ca interconversia să aibă loc între aceste tipuri. Pentru moment, vom spune pur și simplu că într-o coliziune elastică o anumită cantitate de energie cinetică este stocată temporar ca un fel de “energie internă”, iar după coliziune aceasta este transformată înapoi în energie cinetică; în timp ce, într-o coliziune inelastică, o anumită cantitate de energie cinetică este transformată irevocabil într-o “energie internă” și nu o mai recuperăm niciodată.
deoarece orice se întâmplă în cele din urmă depinde de detaliile și natura interacțiunii, vom fi conduși să distingem între interacțiunile “conservatoare”, unde energia cinetică este stocată reversibil ca o altă formă de energie undeva și interacțiunile “disipative”, unde conversia energiei este, cel puțin parțial, ireversibilă. În mod clar, coliziunile elastice sunt asociate cu interacțiuni conservatoare, iar coliziunile inelastice sunt asociate cu interacțiuni disipative. Această clasificare preliminară a interacțiunilor va trebui revizuită puțin mai atent, totuși, în capitolul următor.
