Colisiones: qué es un choque frontal (con ejemplos)

¿Qué es un choque frontal?

El choque o colisión frontal es un evento en el que se encuentran involucrados dos cuerpos que tienen un encuentro abrupto al que se le conoce como choque. Cuando se presenta esta situación, se puede notar que los cuerpos que participan pueden conservar su movimiento lineal. 

Esto es posible porque en el momento en el cual el choque sucede, las fuerzas que actúan en él son totalmente interna y se manifiestan sólo entre los dos cuerpos u objetos que chocan entre sí. 

Por esto entonces se puede tomar la velocidad que los objetos que colisionaron tenían hasta un instante antes de que ocurriera el evento. Luego de esto se debe tomar entonces la velocidad que los objetos toman después de la colisión. De esta manera podemos comprobar que en este evento ha actuado una fuerza pues, seguramente, las velocidades se modifican mientras el tiempo transcurre

Entonces podemos tomar que, por ejemplo: 

P antes = P después

P1 + P2 = P1 + P2

m1 v1 + m2 v2 = m1 v1 + m2 v2

En este punto vemos ue el movimiento ocurre en lo que es una dirección que se muestra de forma paralela en el plano, entonces sólo podemos dejar la notación vectorial. En este caso solo procederemos a escribir lo siguiente: 

m1 v1 + m2 v2 = m1 v1. + m2 v2 .  (1)

Entonces solamente tenemos una ecuación para dos incógnitas. Es por esto que es totalmente necesario calcular una segunda ecuación, así evitamos dejar una respuesta indeterminada. Esta segunda ecuación la podemos calcular usando lo que se conoce como coeficiente de restitución (e). Este recurso es solamente válido para este tipo de choques y se ve solamente como dato aproximado, fue propuesto por Newton.

La segunda ecuación se define como se muestra a continuación: 

e = v2. - v1.  V1 - v2    (2)

Ejemplos de choques frontales

Este tipo de choques se puede presentar de dos manera que sería el choque frontal elástico y elástico. Cada uno de estos cuenta con características diferentes.  A continuación se dejan dos ejemplos con la intención de que sea más fácil comprender cómo se debe proceder. 

Ejemplo 1

Se presentan dos objetos que tienen  la misma masa y que se mueven en sentidos opuestos. Uno de estos objetos se desplaza a una velocidad de 5 m/s y e otro con 8 m/s. Calcula cuáles son las velocidades que toman después del choque, si se supone que está siendo uno totalmente elástico (e = 1) 

Solución

En este caso tenemos dos objetos que tienen la misma masa, entonces podemos hacer el siguiente planteamiento: 

V1 = 8 m/s

V2 = 5 m/s

Además el coeficiente de resultado tiene un valor de 1, por consiguiente decimos que. 

1 = V2. - V1. / V1 - V2

Ahora procedemos a invertir totalmente los valores pues se considera que el positivo va hacia el lado derecho. Entonces todo queda como se muestra a continuación:

8 - 5 = v1. + v2

1 = v2 - v1 / 8 - (-5)

Se continúa la operación para alcanzar el siguiente sistema: 

V1. + v2. = 3

V2. - v1. = 13

Ahora l que se tiene que hacer es solucionar este sistema para poder obtener lo que es el valor de la velocidad que toman los objetos después del choque. El resultado es entonces: 

V1. = -5 m/s

V2. = 8 m/s

Podemos ver entonces que el signo negativo se ubica delante de la velocidad de v1, esto es porque, despues del choque, el objeto se desplaza hacia la izquierda. En el caso de v2, se mueve hacia el lado derecho con una velocidad que es de 8m/s. 

En este caso se confirma que se trata de un choque totalmente inelástico pues los objetos tienen la misma masa y entonces sus velocidades se intercambian. 

Ejemplo 2

A continuación se presentan dos objetos los cuales poseen la misma masa que se van desplazando en un mismo sentido. Uno de estos objetos se mueve a una velocidad de 5 m/s y el otro con una de 8 m/s. Calcula cuáles son las velocidades que toman los objetos después del choque. Se debe tomar en cuenta que el coeficiente de restitución tiene un valor de e = 0,60.

Solución

Tomando en cuenta los datos aportados, específicamente en donde se señala que, en este caso, los dos objetos cuentan con la misma masa. Podemos plantear lo siguiente: 

V1 = 8 m/s

V2 = m/s

Además se debe considerar el coeficiente de restitución que tiene un valor de 0,06, se dice que: 

0,06 = v2. - v1. / v1 - v2

Consideramos que es al lado derecho donde deben ir los valores positivos, por esto procedemos a invertir los valores quedando como se muestra a continuación: 

8 + 5 = v1. + v2

0,06 = v2 - v1 / 8 - 5

Se debe continuar con la operación para poder llegar al siguiente sistema: 

V1. + v2. = 13

V2. - v1. = 1,80

En este punto es donde se alcanza la solución, aquí podemos obtener del sistema que ha sido planteado anteriormente, la velocidad que tomó cada objeto después del choque. Se plantea entonces de la siguiente manera: 

V1. = 5,60 m/s

V2 = 7,40 m/s

En este caso observamos que los dos objetos se van desplazando hacia el lado derecho. Uno de ellos iba a una velocidad mayor que el otro, sin embargo este pierde la velocidad y el objeto que iba más lento, cobra más velocidad. 

Este es un choque que se considera un “choque por alcance” y está dentro de las colisiones corrientes entre los vehículos que se encuentran en movimiento en plena autopista. 

, Colisiones: qué es un choque frontal (con ejemplos), Estudianteo

Importante: Si quieres utilizar como fuente el contenido de Estudianteo, asegúrate de citar al autor del artículo y de enlazar a la página web de origen con un enlace (Estudianteo) para respetar el Copyright del contenido.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *