A física de uma colisão de carro

Durante um acidente de carro, a energia é transferida do veículo para o que ele bate, seja outro veículo ou um objeto estacionário. Essa transferência de energia, dependendo de variáveis ​​que alteram os estados de movimento, pode causar ferimentos e danificar carros e propriedades. O objeto atingido absorve a energia lançada sobre ele ou possivelmente transfere essa energia de volta para o veículo que o atingiu. Focalizando a distinção entre força e energia pode ajudar a explicar a física envolvida.

Acidentes de carro são exemplos claros de como Leis do movimento de Newton trabalhos. Sua primeira lei do movimento, também conhecida como lei da inércia, afirma que um objeto em movimento permanecerá em movimento, a menos que uma força externa aja sobre ele. Por outro lado, se um objeto estiver em repouso, ele permanecerá em repouso até que uma força desequilibrada atue sobre ele.

Considere uma situação em que o carro A colide com uma parede estática e inquebrável. A situação começa com o carro A viajando a uma velocidade (v

O carro exerce essa força na direção da parede, mas a parede, que é estática e inquebrável, exerce uma força igual sobre o carro, de acordo com a terceira lei do movimento de Newton. Essa força igual é o que faz com que os carros acordeão durante colisões.

É importante notar que este é um modelo idealizado. No caso do carro A, se bater na parede e parar imediatamente, isso seria uma colisão perfeitamente inelástica. Como a parede não quebra nem se move, a força total do carro na parede deve ir a algum lugar. Ou a parede é tão maciça que acelera, ou move uma quantidade imperceptível, ou não se move, e nesse caso a A força da colisão atua no carro e em todo o planeta, o último dos quais é obviamente tão grande que os efeitos são insignificante.

Em uma situação em que o carro B colide com o carro C, temos diferentes considerações de força. Supondo que o carro B e o carro C sejam espelhos completos um do outro (novamente, esta é uma situação altamente idealizada), eles colidiriam um com o outro, precisamente no mesmo Rapidez mas em direções opostas. Da conservação do momento, sabemos que ambos devem descansar. A massa é a mesma, portanto, a força experimentada pelo carro B e pelo carro C é idêntica e também idêntica à que atua no carro no caso A no exemplo anterior.

Isso explica a força da colisão, mas há uma segunda parte da pergunta: a energia dentro da colisão.

Força é um vetor quantidade enquanto energia cinética é um quantidade escalar, calculado com a fórmula K = 0,5mv². Na segunda situação acima, cada carro tem energia cinética K diretamente antes da colisão. No final da colisão, os dois carros estão em repouso e a energia cinética total do sistema é 0.

Uma vez que estes são colisões inelásticas, a energia cinética não é conservada, mas energia total é sempre conservada, portanto a energia cinética "perdida" na colisão deve se converter em outra forma, como calor, som etc.

No primeiro exemplo, onde apenas um carro está em movimento, a energia liberada durante a colisão é K. No segundo exemplo, no entanto, dois são carros em movimento, portanto, a energia total liberada durante a colisão é 2K. Portanto, o acidente no caso B é claramente mais enérgico do que o caso A.

Considere as principais diferenças entre as duas situações. No nível quântico de partículas, energia e matéria podem basicamente trocar entre estados. A física de uma colisão de carro nunca, não importa quão enérgica, emita um carro completamente novo.

O carro experimentaria exatamente a mesma força em ambos os casos. A única força que atua no carro é a desaceleração repentina da velocidade v para 0 em um breve período de tempo, devido à colisão com outro objeto.

No entanto, ao visualizar o sistema total, a colisão na situação com dois carros libera o dobro de energia que a colisão com uma parede. É mais alto, mais quente e provavelmente mais bagunçado. Com toda a probabilidade, os carros se fundiram, peças voando em direções aleatórias.

É por isso que os físicos aceleram partículas em um colisor para estudar a física de alta energia. O ato de colidir dois feixes de partículas é útil porque nas colisões de partículas você realmente não se importa com a força das partículas (que você realmente nunca mede); você se importa com a energia das partículas.

Um acelerador de partículas acelera as partículas, mas o faz com uma limitação de velocidade muito real ditada pela velocidade da barreira à luz de A teoria da relatividade de Einstein. Para extrair um pouco de energia extra das colisões, em vez de colidir um feixe de partículas próximas à velocidade da luz com um objeto estacionário, é melhor colidi-lo com outro feixe de partículas próximas à velocidade da luz indo no sentido oposto direção.

Do ponto de vista da partícula, elas não "quebram mais", mas quando as duas colidem, mais energia é liberada. Nas colisões de partículas, essa energia pode assumir a forma de outras partículas e, quanto mais energia você extrair da colisão, mais exóticas são as partículas.