Colisión inelástica
Introducción
Una colisión inelástica es aquella en la que dos objetos chocan y se pierde algo de energía cinética, típicamente convertida en calor, sonido o deformación. A diferencia de las colisiones elásticas, los objetos no rebotan limpiamente — pueden quedarse pegados por completo (perfectamente inelástica) o separarse con rapidez reducida. Aunque la energía cinética no se conserva, el momento siempre se conserva en las colisiones inelásticas. Esto las hace particularmente útiles para entender los impactos del mundo real donde la disipación de energía es significativa.
La física explicada
En cualquier colisión, el momento se conserva por la tercera ley de Newton. Cuando el objeto A empuja al objeto B, el objeto B empuja de vuelta con una fuerza igual y opuesta. Estas fuerzas internas se cancelan y dejan el momento total del sistema sin cambios. Este principio fundamental se sostiene sin importar si la colisión es elástica o inelástica.
Lo que distingue a las colisiones inelásticas es la pérdida de energía cinética. Parte de la energía cinética inicial se convierte en otras formas: calor por la fricción, sonido por el impacto o energía usada para deformar los objetos. En una colisión perfectamente inelástica se pierde la máxima energía cinética posible al tiempo que se conserva el momento — los objetos quedan unidos y se mueven como una sola unidad después del impacto.
El coeficiente de restitución cuantifica qué tan elástica es una colisión, en un rango de 0 (perfectamente inelástica) a 1 (perfectamente elástica). La mayoría de las colisiones reales caen en algún punto intermedio: las pelotas de goma tienen alta restitución y las pelotas de arcilla tienen restitución muy baja. Entender este espectro ayuda a predecir los resultados de las colisiones prácticas.
Ecuaciones clave
Variables clave
| Símbolo | Nombre | Unidad | Significado |
|---|---|---|---|
| m₁, m₂ | Masas | kg | Masas de los objetos que chocan |
| v₁, v₂ | Velocidades iniciales | m/s | Rapidez de cada objeto antes de la colisión |
| v₁', v₂' | Velocidades finales | m/s | Rapidez de cada objeto después de la colisión |
| v_f | Velocidad combinada | m/s | Velocidad compartida en una colisión perfectamente inelástica |
| p | Momento | kg·m/s | Siempre se conserva en las colisiones |
| KE | Energía cinética | J | Parcialmente perdida en las colisiones inelásticas |
| ΔKE | Energía perdida | J | Cantidad de energía cinética perdida durante la colisión |
| e | Coeficiente de restitución | adimensional | Va de 0 (perfectamente inelástica) a 1 (perfectamente elástica) |
Ejemplos del mundo real
- Choques de carros: los vehículos modernos están diseñados para sufrir colisiones inelásticas controladas, con zonas de deformación que absorben energía cinética para proteger a los pasajeros. Cuanta más energía se convierte en deformación, menos energía se transfiere a los ocupantes.
- Péndulo balístico: una demostración clásica de la física donde una bala se incrusta en un bloque de madera suspendido por cuerdas. La colisión perfectamente inelástica permite medir la velocidad de la bala observando el movimiento combinado posterior.
- Impactos de asteroides: cuando los meteoros golpean la atmósfera o la superficie de la Tierra, las colisiones son altamente inelásticas. La mayor parte de la energía cinética se convierte en calor, generando las estelas brillantes que vemos y formando potencialmente cráteres.
- Choques deportivos: un placaje de fútbol americano o un check de hockey representan una colisión inelástica donde los jugadores pueden moverse juntos tras el impacto, con energía significativa perdida en sonido, calor y movimiento del jugador.
Cómo funciona la simulación
La simulación te permite controlar las masas y las velocidades iniciales de dos objetos sobre una pista sin fricción. Puedes fijar el coeficiente de restitución para crear distintos tipos de colisiones: 0 para perfectamente inelástica (los objetos se pegan), 1 para perfectamente elástica (rebote máximo) o valores intermedios para colisiones parcialmente inelásticas. Cuando los objetos chocan, la simulación calcula las velocidades finales usando la conservación del momento y la ecuación de restitución. Las lecturas en tiempo real muestran el momento antes y después de la colisión (siempre iguales) y la energía cinética antes y después (demostrando la pérdida de energía). Este enfoque visual te ayuda a entender cómo las razones de masa y los tipos de colisión afectan el resultado.
Lecturas adicionales
- Colisiones elásticas — el caso idealizado donde la energía cinética se conserva perfectamente
- Movimiento del centro de masa — cómo el centro de masa sigue moviéndose a velocidad constante durante las colisiones
- Teorema del impulso y el momento — la relación entre fuerza, tiempo y cambio de momento
- Leyes de conservación en física — principios de conservación de momento, energía y momento angular