Qual è la differenza tra urto elastico ed urto anelastico? Teoria più esercizio risolto e commentato. Conservazione dell'energia cinetica e quantità di moto

Questa lezione la dedichiamo agli urti in fisica. Vediamo la differenza tra urto elastico ed anelastico, parleremo della conservazione dell’energia cinetica e quantità di moto e chiudiamo la lezione con la risoluzione di un esercizio svolto e commentato che tra l’altro è stato parte di una traccia di esame di maturità. A proposito, all’interno di questo capitolo denominato “energia, quantità di moto ed urti” troverai anche lezioni su lavoro, potenza, energia cinetica, energia potenziale gravitazionale ed elastica, energia meccanica e teorema di conservazione dell’energia meccanica, quantità di moto, teorema dell’impulso, momento angolare.

definizione di urto in fisica

Come possiamo definire un urto in fisica? Come l’interazione tra due o più oggetti in cui la risultante delle forze è nulla e si possono trascurare le forze esterne. Ma di solito quando due oggetti si scontrano normalmente succedono due cose: gli oggetti si separano dopo lo scontro oppure gli oggetti restano attaccati dopo lo scontro allora dobbiamo distinguere in due tipi di urto. L’urto elastico e l’urto anelastico

urto elastico

Si definisce urto elastico una collisione nella quale si conserva sia la quantità di moto che l’energia cinetica. Quello che accade è che gli oggetti dopo l’urto si separano. Pensate ad esempio all’interazione di due palline da biliardo, immaginate quello che succede prima e quello che succede dopo.

urto anelastico

Si definisce urto anelastico una collisione nella quale si conserva solamente la quantità di moto. Immaginate un incidente tra due auto: quello che accade e che dopo l’urto le auto si accartocciano quindi in qualche modo l’energia cinetica iniziale non si conserva perché si trasforma in qualcos’altro come ad esempio energia interna e calore che si sviluppa anche per attrito. Dunque l’energia non si conserva appunto!

urto completamente anelastico

C’è poi caso in cui dopo l’urto i due oggetti restano attaccati e proseguono la loro marcia come unico oggetto: quest’urto viene chiamato urto completamente anelastico, anche in questo caso si conserva solamente la quantità di moto.

Dunque a questo punto dato che stiamo parlando sia di quantità di moto che di energia cinetica riprendiamo questi due concetti e stabiliamo anche quando si conservano ovvero come si può formulare la legge di conservazione per l’uno piuttosto che per l’altro

definizione di quantità di moto

Vi è mai capitato di essere colpiti da una mosca in volo? E da un camion in marcia? Facendo un’ipotesi che sia la mosca che il camion vanno alla stessa velocità essere investiti da una piuttosto che dall’altro non è proprio la stessa cosa e in uno dei due casi può essere davvero pericoloso, direi mortale! Ma come mai succede questo? Proprio per una grandezza fisica chiamata quantità di moto che è definita come grandezza vettoriale data dal prodotto della massa dell’oggetto per la sua velocità. Dunque se un oggetto va ad una certa velocità non è necessariamente pericoloso se ci colpisce a patto che se la sua massa sia piccola. Ma se entrambe le grandezze sono alte allora il gioco può diventare davvero pericoloso!

formula della quantità di moto

Per calcolare la quantità di moto esattamente come abbiamo detto prima semplicemente moltiplicheremo il valore della massa dell’oggetto per la sua velocità.

unità di misura della quantità di moto

Essendo la quantità di moto pari al prodotto di massa per velocità allora la sua unità di misura sarà il prodotto delle unità di misura della massa ovvero i kilogrammi per unità di misura della velocità ovvero i metri fratto i secondi.

proporzionalità con le grandezze coinvolte

Possiamo facilmente riflettere che se cresce la massa allora crescerà la quantità di moto. Dunque c’è proporzionalità diretta tra massa e quantità di moto. Lo stesso potremo dire tra velocità e quantità di moto: sono direttamente proporzionali. Se invece prendiamo due oggetti che hanno la stessa quantità di moto ma masse differenti allora verificheremo facilmente che l’oggetto di minore massa avrà maggiore velocità!

definizione di energia cinetica

Come possiamo definire l’energia cinetica in fisica? Come quella forma di energia legata al movimento degli oggetti. Quindi diremo che quando un oggetto è in movimento ovvero possiede una velocità allora avrà anche un’energia cinetica associata. Se invece l’oggetto è fermo non ha alcuna energia cinetica.

formula dell’energia cinetica

Per calcolare l’energia cinetica si utilizza una formula nella quale si fa il semiprodotto della massa dell’oggetto per la velocità dello stesso oggetto al quadrato.

unità di misura dell’energia cinetica

Ovviamente come tutte le forme di energia anche l’energia cinetica si misura in joule. Facendo la verifica delle unità di misura dell’energia cinetica e sostituendo all’interno della formula ogni unità di misura associata ad ogni grandezza che viene moltiplicata otterremo alla fine ovviamente il joule. 

conservazione della quantità di moto

La legge di conservazione di una certa grandezza stabilisce che il valore della grandezza finale è uguale al valore della grandezza iniziale dunque la quantità di moto si conserverà se la somma delle quantità di moto dopo l’urto sarà uguale alla somma delle quantità di moto prima dell’urto

conservazione dell’energia cinetica

Anche per l’energia cinetica vale lo stesso discorso: l’energia cinetica si conserverà se la somma delle energie cinetiche dopo l’urto sarà uguale alla somma delle energie cinetiche prima dell’urto

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