Concetti Chiave
- In un urto tra biglie di uguale massa, la quantità di moto è conservata attraverso uno scambio di velocità.
- L'urto elastico comporta uno scambio di energia e velocità senza variazione dell'energia cinetica totale del sistema.
- Un urto perfettamente elastico è teorico su scala macroscopica; nella realtà, si osservano urti parzialmente elastici.
- Urti completamente elastici si verificano a livello molecolare, come tra le particelle di un gas e le pareti del recipiente.
- Nel caso di urti anelastici, la quantità di moto si conserva, ma l'energia cinetica si trasforma in lavoro di deformazione e calore.
I giocatori di bocce o di biliardo sanno che in caso d’urto, se la biglia colpita era ferma, essa parte di colpo mentre quella urtante spesso si arresta, come se fosse avvenuto uno scambio di velocità tra i due corpi.
La conservazione della quantità di moto nel sistema isolato costituito dalle due biglie è possibile proprio attraverso tale scambio. Considerando biglie di uguale massa m, la quantità di moto prima dell’urto è m • v + m • 0, dopo l’urto diventa m ¦ 0 + m • v.
m-v + m- 0 = m- 0-\-m-v.
La biglia urtante esercita insomma un’azione subendo la reazione uguale e continuato della biglia urtata.
Per spiegare il fenomeno si deve ammettere che l’urto abbia provocato una deformazione elastica delle due biglie con il conseguente immediato ritorno alla forma primitiva. Avviene dunque uno scambio di energia tra i due corpi, così come avviene uno scambio di velocità, ma non cè variazione di energia cinetica nel sistema. In altre parole, nell'urto elastico la somma delle energie possedute dai corpi prima e dopo l’impatto si mantiene uguale.
Noi siamo partiti, per semplificare, da un’ipotesi di masse uguali di cui una sola in moto, ma anche corpi di massa diversa e animati entrambi
da movimento, in condizioni di urto elastico man-tengono sia la quantità di moto, sia l’energia cinetica del sistema.
L’urto perfettamente elastico è un evento solo teorico, almeno a livello macroscopico, così come l’urto completamente anelastico, nel quale cioè i due corpi si deformano senza reagire formando una massa unica. In questo secondo caso si man¬tiene la quantità di moto, ma c’è perdita di energia cinetica che viene trasformata in lavoro di deformazione, quindi in calore.
Quando si urtano dei veicoli, come troppo spesso avviene, si ha un esempio di impatto non completamente elastico e neppure del tutto anelastico. Urti completamente elastici sono ipotizzabili a livello molecolare tra le particelle costituenti i gas, nonché tra esse e le pareti del recipiente, con la conseguenza che tali urti possono ripetersi indefinitamente senza provocare perdite di energia all'aeriforme. Se ne riparlerà a proposito della teoria cinetica dei gas.
Domande da interrogazione
- Qual è il principio fisico che spiega lo scambio di velocità tra due biglie durante un urto?
- Cosa succede all'energia cinetica durante un urto elastico?
- In quali condizioni si verifica un urto perfettamente elastico?
Il principio fisico è la conservazione della quantità di moto nel sistema isolato costituito dalle due biglie, che avviene attraverso lo scambio di velocità tra i due corpi.
Durante un urto elastico, la somma delle energie cinetiche possedute dai corpi prima e dopo l’impatto si mantiene uguale, senza variazione di energia cinetica nel sistema.
Un urto perfettamente elastico è un evento teorico a livello macroscopico, ma è ipotizzabile a livello molecolare tra le particelle costituenti i gas, dove gli urti possono ripetersi indefinitamente senza perdite di energia.
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