Uma colisão é um evento isolado onde dois ou mais corpos exercem forças, uns nos outros, em um intervalo de tempo relativamente curto.

Colisões ou choques mecânicos

Durante as colisões os objetos envolvidos trocam forças internas muito intensas, chamadas de forças impulsivas, num intervalo de tempo relativamente curto. Tais forças variam de modo complexo e causam deformações e alterações nas velocidades dos objetos. Diante de forças internas elevadas, podemos, em geral, desprezar as forças externas e considerar o sistema, que é formado pelos objetos em colisão, como mecanicamente isolados durante a colisão. Assim, podemos aplicar durante uma colisão o Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento para sistemas mecânicamente isolados, que é: $$ \vec{p}_i = \vec{p}_f,$$ onde \(\vec{p}_i\) e \(\vec{p}_f\) são, respectivamente, os momentos lineares iniciais, antes da colisão, e finais, após a colisão do sistema. As definições a seguir são importantes:

Normal de choque
A reta normal, comum às superfícies em contato durante o choque, é chamada normal de choque.
Choque central
Se os centros de massa dos dois corpos que colidem estão localizados na reta normal de choque, o choque é dito central.
Choque direto
Se as velocidades dos dois pontos materiais são dirigidas ao longo da normal de choque, este é chamado de choque direto.

Aspecto energético

Quando dois objetos colidem, observa-se sempre uma fase de deformação, podendo ou não ocorrer uma segunda fase, a de restituição.

Coeficiente de restituição

Para um determinado material que constitui os corpos, verifica-se experimentalmente que é constante a relação entre a velocidade de afastamento \(v_{af}\) e a velocidade de aproximação \(v_{ap}\) , essa relação constante é denominada coeficiente de restituição \(e\) : $$e = \frac{v_{af}}{v_{ap}}$$ ou $$e = - \frac{v_{i,2}-v_{i,1}}{v_{f,2}-v_{f,1}},$$ onde \(v_{i,1}\) e \(v_{i,2}\) são as velocidades iniciais do móvel 1 e 2 respectivamente e \(v_{f,1}\) e \(v_{f,2}\) são suas velocidades finais.

É importante observar os seguintes pontos:

  • As velocidades na equação acima devem ser utilizadas com seu valor algébrico, isto é, com seu respectivo sinal.
  • Uma bola de bilhar se deforma pouco quando colide, e rapidamente retorna à sua forma original. Portanto, a força de interação entre duas bolas de bilhar pode ser considerada perfeitamente conservativa, ou seja, a colisão é perfeitamente elástica.
Resumo dos possíveis tipos de colisões
Colisão Central e Frontal Quantidade de movimento Energia Cinética Coeficiente de Restituição
Elástica \(\vec{p}_i = \vec{p}_f\) \(E_{c_i} = E_{c_f}\) \(e = 1\)
Parcialmente Elástica \(\vec{p}_i = \vec{p}_f\) \(E_{c_i} \gt E_{c_f}\) \(0 \lt e \lt 1\)
Inelástica \(\vec{p}_i = \vec{p}_f\) \(E_{c_i} \gt E_{c_f}\) \(e = 0\)