Informazioni su questo esperimento
Invia due carrelli l’uno verso l’altro e confronta le loro velocità prima e dopo il contatto. Scegli una collisione elastica oppure riduci il coefficiente di restituzione per dissipare energia cinetica conservando la quantità di moto totale. I carrelli partono a 4 m di distanza e i loro corpi sono larghi 0,5 m; la telecamera li segue in modo che siano entrambi visibili.
Obiettivi di apprendimento
- Applica la conservazione della quantità di moto a una collisione isolata tra due corpi
- Usa la restituzione per distinguere le collisioni elastiche da quelle anelastiche
- Distingui la conversione dell’energia cinetica dalla conservazione della quantità di moto
- Confronta i grafici della velocità in funzione del tempo degli urti elastici e anelastici.
Come si usa
- 1Avvia la collisione predefinita e osserva i salti di velocità nello stesso istante di contatto.
- 2Imposta le due masse allo stesso valore e la restituzione a 1. Verifica che i carrelli si scambino le velocità.
- 3Imposta la restituzione a zero e confronta la velocità finale comune con la quantità di moto totale divisa per la massa totale.
- 4Scegli velocità iniziali che facciano allontanare i carrelli. Verifica che non avvenga alcuna collisione e che non venga persa energia cinetica.
- 5Fai in modo che il carrello B abbia una massa quattro volte maggiore di quella del carrello A e lancia A contro B, fermo, con un coefficiente di restituzione pari a 1. Descrivi cosa succede ad A.
- 6Usa il cursore del tempo per fermarti appena prima e appena dopo l’urto e verifica che la quantità di moto totale rimanga invariata.
Il modello
Ipotesi
- Il moto è unidimensionale su una pista orizzontale priva di attrito, senza impulsi orizzontali esterni.
- La collisione è istantanea. Non vengono simulate la deformazione dei carrelli, la produzione di suono né l’andamento temporale della forza di contatto di durata finita.
- La larghezza di entrambi i carrelli è fissata a 0,5 m, indipendentemente dalla massa. La telecamera in movimento modifica la scala dell’immagine.
- Per e = 0, i carrelli hanno la stessa velocità finale e rimangono a contatto. L’energia cinetica convertita non viene attribuita a uno specifico processo interno.
Provalo in classe
- Q1La quantità di moto totale può essere zero mentre l’energia cinetica totale è positiva?
- Q2In una collisione elastica tra masse uguali, perché le velocità si scambiano?
- Q3Perché la quantità di moto si conserva in una collisione con coefficiente di restituzione pari a zero, anche se l’energia cinetica diminuisce?
- Q4Un camion pesante e una piccola automobile si scontrano frontalmente e restano attaccati. Quale dei due subisce una variazione di velocità maggiore? Quale subisce una variazione della quantità di moto maggiore?
- Q5Perché gli ingegneri della sicurezza automobilistica vogliono che le auto si deformino invece di rimbalzare?
Domande frequenti
Perché con alcune impostazioni di velocità non si verifica alcuna collisione?
Il carrello di sinistra deve muoversi verso quello di destra più velocemente di quanto quest'ultimo si allontani. Se u1 è minore o uguale a u2, la distanza tra i due non diminuisce mai.
Perché l’immagine si ingrandisce mentre i carrelli si allontanano?
La telecamera segue entrambi i carrelli. Le velocità numeriche, il tempo di collisione e la quantità di moto conservata restano espresse in unità fisiche e non dipendono dalla scala della telecamera.
Dove va a finire l’energia cinetica persa?
In una collisione reale, si trasforma in calore, suono e nell’energia necessaria a deformare permanentemente gli oggetti. La quantità di moto non può andare persa allo stesso modo, perché i due carrelli si spingono a vicenda con forze uguali e opposte per lo stesso intervallo di tempo.