La conservazione della quantità di moto in un urto anelastico: un’esplorazione fisica
Un urto anelastico è un processo in cui la quantità di moto totale di un sistema di corpi rimane costante, ma l’energia cinetica totale non è conservata. Un esempio chiarificatore di questo fenomeno è rappresentato da due corpi con la medesima massa e velocità che si scontrano e si uniscono su una superficie priva di attrito.
Il calcolo della variazione dell’energia cinetica
Immaginiamo un portiere di hockey su ghiaccio di 70.0 kg, inizialmente fermo, che afferra un disco da hockey di 0.150 kg con una velocità di 35.0 m/s. Vogliamo calcolare l’energia cinetica persa durante l’impatto, considerando trascurabile la forza di attrito.
Applicando il principio di conservazione della quantità di moto, possiamo determinare che la velocità di rinculo del portiere è di 0.0748 m/s. L’energia cinetica iniziale del disco è di 91.9 J, mentre dopo l’urto si attesta a 0.196 J. La variazione di energia cinetica risulta essere di -91.7 J, ad indicare la perdita di energia cinetica nel processo.
Calcolo della velocità finale
Consideriamo ora due carrelli che si scontrano in modo anelastico. Un carrello, dotato di una molla inizialmente compressa, rilascia la sua energia potenziale durante il processo, convertendola in energia cinetica totale. Una dettagliata analisi ci porta a calcolare la velocità finale del secondo carrello e l’energia rilasciata dalla molla considerando la sua completa trasformazione in energia cinetica.
Dopo una serie di calcoli, giungiamo alla conclusione che la velocità finale del secondo carrello è di 3.70 m/s, mentre l’energia rilasciata dalla molla, convertita interamente in energia cinetica, risulta essere di 5.46 J.
In conclusione, attraverso questi esempi di urti anelastici e i relativi calcoli, possiamo apprezzare come la conservazione della quantità di moto e la variazione dell’energia cinetica siano concetti fondamentali nell’analisi di tali fenomeni fisici.
