Una colisión es un evento aislado, donde dos o más cuerpos ejercen fuerzas entre sí, en un intervalo de tiempo relativamente corto.
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:
Cuando dos objetos coliden, siempre se observa una fase de deformación , pudiendo o no ocurrir una segunda fase, la 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:
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 | \(Q_i = Q_f\) | \(E_{c_i} \gt E_{c_f}\) | \(e = 0\) |