Una colisión es un evento aislado, donde dos o más cuerpos ejercen fuerzas entre sí, en un intervalo de tiempo relativamente corto.

Colisiones o choques mecánicos

Durante las colisiones los objetos envolvidos intercambian fuerzas internas muy intensas, llamadas de fuerzas impulsivas en un intervalo de tiempo relativamente corto. Estas fuerzas varían de una manera compleja, y causan deformaciones y cambios en las velocidades de los objetos. Frente a grandes fuerzas internas, generalmente nos podemos despreciar las fuerzas externas y considerar que el sistema, está formado por los objetos en colisión, y mecánicamente aislado durante la colisión. Por lo tanto, podemos aplicar durante una colisión, el principio de conservación de la cantidad de movimiento para sistemas aislados mecánicamente, es decir: $$ Q_i = Q_f,$$ donde \(Q_i\) y \(Q_f\) son, respectivamente, los momentums lineales iniciales, antes de la colisión, y última, después de la colisión del sistema. Las siguientes definiciones son importantes:

Normal de choque
La recta normal, común a las superficies en contacto durante el impacto es llamada normal de choque.
Choque central
Si los centros de masa de los dos cuerpos que coliden se encuentran en la recta normal de choque, es llamado de choque central.
Choque directo
Si las velocidades de los dos puntos materiales están dirigidos a lo largo del choque normal, esto se llama un golpe directo.

Aspecto energético

Cuando dos objetos coliden, siempre se observa una fase de deformación , pudiendo o no ocurrir una segunda fase, la de restitución.

Coeficiente de restitución

Para un dado material que constituye los cuerpos, se ha encontrado experimentalmente que la relación entre la velocidad de alejamiento \(v_{af}\) y la velocidad de aproximación \(v_{ap}\) , es una relación constante y es denomina coeficiente de restitución \(e\) : $$e = \frac{v_{af}}{v_{ap}}$$ o $$e = - \frac{v_{i,2}-v_{i,1}}{v_{f,2}-v_{f,1}},$$ donde \(v_{i,1}\) y \(v_{i,2}\) son las velocidades iniciales del movil 1 y 2, respectivamente, y \(v_{f,1}\) y \(v_{f,2}\) son sus velocidades finales.

Es importante tener en cuenta los siguientes puntos:

  • Las velocidades en la ecuación anterior deben ser utilizadas con su valor algebraico, es decir, con su signo respectivo.
  • Una bola de billar es ligeramente deformada cuando choca, y rápidamente vuelve a su forma original. Por lo tanto, la fuerza de interacción entre dos bolas de billar se puede considerar bastante conservadora, es decir, la colisión es perfectamente elástica.
Resumen de los posibles tipos de colisiones
Colisión central y frontal Cantidad de movimiento Energía cinética Coeficiente de restitución
elástico \(Q_i = Q_f\) \(E_{c_i} = E_{c_f}\) \(e = 1\)
parcialmente elástico \(Q_i = Q_f\) \(E_{c_i} \gt E_{c_f}\) \(0 \lt e \lt 1\)
no elástico \(Q_i = Q_f\) \(E_{c_i} \gt E_{c_f}\) \(e = 0\)