Durante un accidente automovilístico, la energía se transfiere del vehículo a lo que golpee, ya sea otro vehículo o un objeto estacionario. Esta transferencia de energía, dependiendo de las variables que alteran los estados de movimiento, puede causar lesiones y dañar automóviles y propiedades. El objeto que fue golpeado absorberá la energía que se le impone o posiblemente transferirá esa energía al vehículo que lo golpeó. Centrarse en la distinción entre & amp; amp; nbsp; force & amp; amp; nbsp; y & amp; amp; nbsp; energy & amp; amp; nbsp; puede ayudar a explicar la física involucrada.
Fuerza: Colisionando con una pared
Los accidentes automovilísticos son ejemplos claros de cómo funcionan las Leyes de Movimiento de Newton & amp; apos; s. Su primera ley de movimiento, también conocida como la ley de la inercia, afirma que un objeto en movimiento permanecerá en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Por el contrario, si un objeto está en reposo, permanecerá en reposo hasta que una fuerza desequilibrada actúe sobre él.& amp; amp; nbsp;
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Considere una situación en la que el automóvil A choca con una pared estática e irrompible. La situación comienza con el automóvil A viajando a una velocidad (v ) y, al chocar con la pared, termina con una velocidad de 0. La fuerza de esta situación está definida por la segunda ley de movimiento de Newton & amp; apos; que utiliza la ecuación de fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración. En este caso, la aceleración es (v – 0) / t, donde t es el tiempo que le toma al automóvil A detenerse.
El automóvil ejerce esta fuerza en la dirección de la pared, pero la pared, que es estática e irrompible, ejerce una fuerza igual sobre el automóvil, según la tercera ley de movimiento de Newton & amp; apos;. Esta fuerza igual es lo que hace que los automóviles se acorden durante las colisiones.
Es importante tener en cuenta que este es un modelo idealizado. En el caso del automóvil A, si se estrella contra la pared y se detiene de inmediato, sería una colisión perfectamente inelástica. Como la pared no se rompe ni se mueve, toda la fuerza del automóvil en la pared tiene que ir a algún lado. O el muro es tan masivo que se acelera, o mueve una cantidad imperceptible, o lo hace & amp;apos;No te muevas en absoluto, en cuyo caso la fuerza de la colisión actúa sobre el automóvil y todo el planeta, el último de los cuales es, obviamente, tan masivo que los efectos son insignificantes.
Fuerza: Colisionando con un automóvil
En una situación en la que el automóvil B choca con el automóvil C, tenemos diferentes consideraciones de fuerza. Suponiendo que el automóvil B y el automóvil C son espejos completos entre sí (nuevamente, esta es una situación altamente idealizada), chocarían entre sí yendo exactamente a la misma velocidad pero en direcciones opuestas. Por la conservación del impulso, sabemos que ambos deben descansar. La masa es la misma, por lo tanto, la fuerza experimentada por el automóvil B y el automóvil C es idéntica, y también idéntica a la que actúa sobre el automóvil en el caso A en el ejemplo anterior.
Esto explica la fuerza de la colisión, pero hay una segunda parte de la pregunta: la energía dentro de la colisión.
Energía
La fuerza es una cantidad vectorial, mientras que la energía cinética es una cantidad escalar, calculada con la fórmula K = 0.5mv2. En la segunda situación anterior, cada automóvil tiene energía cinética K directamente antes de la colisión. Al final de la colisión, ambos autos están en reposo, y la energía cinética total del sistema es 0.
Como se trata de colisiones inelásticas, la energía cinética no se conserva, pero la energía total siempre se conserva, por lo que la energía cinética & amp; quot; lost & amp; quot; en la colisión tiene que convertirse en alguna otra forma, como calor, sonido, etc.
En el primer ejemplo donde solo se mueve un automóvil, La energía liberada durante la colisión es K. En el segundo ejemplo, sin embargo, dos son autos en movimiento, entonces la energía total liberada durante la colisión es de 2K. Entonces, el choque en el caso B es claramente más enérgico que el caso A crash.
De automóviles a partículas
Considere las principales diferencias entre las dos situaciones. En el nivel cuántico de partículas, la energía y la materia básicamente pueden intercambiarse entre estados. La física de una colisión de automóviles nunca, por muy enérgica que sea, emitirá un automóvil completamente nuevo.
El automóvil experimentaría exactamente la misma fuerza en ambos casos. La única fuerza que actúa sobre el automóvil es la desaceleración repentina de la velocidad v a 0 en un breve período de tiempo, debido a la colisión con otro objeto.
Sin embargo, al ver el sistema total, la colisión en la situación con dos autos libera el doble de energía que la colisión con una pared. Es más fuerte, más caliente y probablemente más desordenado. Con toda probabilidad, los autos se han fusionado entre sí, las piezas volando en direcciones aleatorias.
Es por eso que los físicos aceleran las partículas en un colisionador para estudiar física de alta energía. El acto de colisionar dos haces de partículas es útil porque en las colisiones de partículas no te importa la fuerza de las partículas (que nunca mides realmente); te importa la energía de las partículas.
Un acelerador de partículas acelera las partículas, pero lo hace con una limitación de velocidad muy real dictada por la velocidad de la barrera de luz de la teoría de la relatividad de Einstein & amp; apos; s. Para exprimir un poco de energía extra de las colisiones, en lugar de colisionar un haz de partículas de velocidad casi de luz con un objeto estacionario, es mejor colisionarlo con otro haz de partículas de velocidad casi de luz que va al frente dirección.
Desde el punto de vista de partículas y amp; apos; s, donan tanto y amp; apos; t tanto & amp; quot; rompen más, & amp; quot; pero cuando las dos partículas chocan, se libera más energía. En colisiones de partículas, esta energía puede tomar la forma de otras partículas, y cuanta más energía saque de la colisión, más exóticas serán las partículas.
& amp; # x203A; Ciencias
