Cuando objetos idénticos, cada uno a 30 mph, chocan entre sí en una colisión frontal, ¿impactan como si uno se quedara quieto y el otro a 60 mph?

En pocas palabras, no lo hacen si se trata de un escenario de accidente. A medida que describe dos objetos que viajan a velocidades fijas, esto debe ser relativo a un marco de referencia que considere estático (que debo suponer que es la superficie de la Tierra). Una pequeña cantidad de trabajo le dirá que en el primer caso solo hay la mitad de la energía cinética que se disipará en el impacto. Esto se debe a que la energía cinética viene dada por la fórmula [matemáticas] Ke = \ frac {1} {2} mv ^ 2 [/ matemáticas]. Como la masa de ambos objetos es idéntica y la energía cinética va al cuadrado de la velocidad, se deduce que en el segundo caso, el objeto que viaja a 60 mph tendrá cuatro veces la energía cinética de uno que viaja a 30 mph. Entonces, en el segundo caso, el objeto en movimiento tendrá el doble de la energía cinética combinada del caso donde ambos viajan a la mitad de la velocidad.

Esto puede no parecer intuitivamente obvio, pero si haces un experimento mental y colocas una pared imaginaria justo en el punto de impacto en el punto de colisión de los dos objetos que viajan a 30 mph, puedes ver que cada uno está involucrado en un choque de 30 mph, no un 60 mph uno.

Añadiría que lo anterior depende en gran medida de que los objetos sean de igual masa. Si tiene dos objetos de masa muy diferente (como un automóvil y un camión / camión), dependiendo de cuál viajaba a 60 mph, obtendría efectos bastante diferentes en cada uno. Sin embargo, bastante bien en todos los casos, el objeto mucho más pesado tenderá a sufrir niveles de aceleración / desaceleración mucho menos violentos que el más ligero.

Tenga en cuenta que el análisis anterior se basa en que ambos objetos se detienen. Si esto sucede en el espacio libre, solo importa la velocidad relativa y el resultado sería el mismo. Pero, como señalo anteriormente, no tendría sentido describir estos dos escenarios de manera diferente en ese caso, ya que solo importa la velocidad relativa.

Sus dos descripciones son en realidad las mismas, pero desde diferentes perspectivas. Imagine que viaja a 30 mph en el carril paralelo a uno de estos dos automóviles. Luego miras rápidamente por la ventana lateral. Según su marco de referencia, ese automóvil no se mueve, pero el automóvil que se aproxima se mueve a 60 mph. Su perspectiva es tan válida como la perspectiva de alguien que viaja a una velocidad que es igual al promedio de los dos vehículos.

Ahora puede construir variaciones complicadas en las que los objetos interactúan con su entorno antes, durante y después de la colisión, pero eso no era parte de su descripción. Podría, por ejemplo, hacer que el móvil se deslice y el “estacionario” se mantenga en el suelo con una fuerza de fricción diferente a la del deslizador, o incluso se fije permanentemente al suelo, pero en ambos casos, no están En realidad objetos idénticos. Podría tener uno rodando y almacenando energía cinética adicional de esa manera, pero nuevamente, esto significaría que no son objetos idénticos. En este contexto, “objetos idénticos” significa que tienen las mismas interacciones con otros objetos y no tienen propiedades únicas, como que uno está girando y el otro no. Es por esta razón que las bolas de billar no pueden replicar completamente este experimento, pero los discos de air-hockey sí. Si desea probar lo que sugirió, obtenga una mesa de air hockey (incluso una de juguete barata de $ 10) y deslice un disco en el otro en cada escenario. Los autos de juguete que tienen ruedas inusualmente buenas pueden funcionar, pero la mayoría de los autos de juguete simplemente no ruedan lo suficientemente bien como para demostrar esto. Completamente nuevo, nunca jugó con los autos Hot Wheels en una pista de plástico nueva y limpia que se acercará lo suficiente si no tiene fácil acceso a una mesa de aire o la pista de una clase de física.

Volviendo al tema original, el tema de la perspectiva o los marcos de referencia es uno de los primeros y más críticos pasos en una educación física profunda. Parece que estás en camino. Buena pregunta. Bien hecho.

En esta situación, sí.

Usando la Tercera Ley de Newton, podemos ver que un choque entre, por ejemplo, dos autos que van a 30 mph es igual a un auto que golpea una pared inamovible a 30 mph.

Esto se debe a que cuando dos autos chocan a 30 mph, la reacción igual y opuesta propuesta por la Tercera Ley de Newton afecta a ambos vehículos. En otras palabras, el daño / fuerza neta debe dividirse entre los dos autos (30 × 2 = 60/2 = 30). Mientras que en una sola 60 mph, está causando daños por valor de 60 mph a un vehículo.

Sin embargo, utilizando el escenario que describe la pregunta, todavía está obteniendo un valor de fuerza de 60 mph en 2 cuerpos que se verán afectados por él, por lo que el efecto neto en ambos automóviles será casi el mismo que si chocaran entre sí en 30 mph.

Nota: Me gustaría mencionar que la situación en la que el daño NO es el mismo es cuando el automóvil que va a 60 mph choca contra una pared inamovible, transfiriendo toda la energía de 60 mph directamente al único automóvil en la colisión.

Recuerdo que Mythbusters una vez hizo un episodio en un evento como este y explicaron mucho mejor que yo, aquí hay un enlace a un resumen:

MythBusters Episodio 143: Control de Mitos

¡Espero haber respondido tu pregunta!

No, puedes probar eso con bolas de billar. La energía resultante va en una dirección diferente cuando ambos se mueven en comparación con un solo movimiento. Esto es cierto para todo tipo de objetos.

La mayoría de los objetos pueden agrietarse o deformarse. Como usa la palabra colisión, esto podría indicar automóviles. Dado que son idénticos, todavía hay un resultado muy diferente en cuanto a dónde terminan los autos.

si

Pero las colisiones inelásticas y las colisiones elásticas difieren. En aquellas circunstancias, el objeto absorbería energía de su sustrato y perdería debido a la fricción.