¿Por qué ocurren colisiones inelásticas en los cálculos teóricos?

Las colisiones siempre conservan la cantidad de movimiento. Eso es porque las fuerzas actúan en direcciones opuestas. Por otro lado, conservar el impulso no es suficiente. Hay infinitas posibilidades de conservarlo, por lo que una dispersión puede tener muchos resultados teóricos.

Agregar la restricción de energía lo convierte en un problema solucionable. De acuerdo con la cantidad de energía que conservas, tienes diferentes resultados únicos. Por lo tanto, debe distinguir entre dispersión elástica e inelástica, y las pérdidas deben incluirse en su descripción cualitativa.

Luego se nos explica que la pérdida de energía se debió a una conversión en forma de calor, sonido, etc.

En una colisión inelástica , parte de la energía cinética macroscópica de los objetos en movimiento se "pierde" debido a que se convierte en energía cinética microscópica interna asociada con los movimientos aleatorios de los átomos y moléculas del objeto y la deformación inelástica permanente de los objetos. y la fricción intermolecular asociada con la deformación.

Parte de la energía cinética se convierte temporalmente en energía potencial elástica (como un resorte ideal) que se recupera y se vuelve a convertir en energía cinética. En una colisión 100 % elástica, no se pierde energía cinética, solo se convierte temporalmente en energía potencial elástica debido a la deformación elástica del objeto (como un resorte ideal) y, posteriormente, se vuelve a convertir totalmente en energía cinética. En el mundo macroscópico, no hay colisiones perfectamente elásticas.

La energía perdida debido al aumento de los movimientos moleculares y la fricción asociada con la deformación permanente se manifiesta principalmente como un aumento de la temperatura (y en parte como sonido, como se analiza a continuación).

La colisión también hace que el objeto vibre, lo que a su vez provoca el movimiento de las moléculas de aire que lo rodean, lo que a su vez se manifiesta como sonido.

El calor no es una forma de energía, sino una transferencia de energía debida únicamente a la diferencia de temperatura, y se analiza a continuación.

Mi pregunta es: ¿cómo es este el caso, cuando este tipo de fórmulas son en su mayoría teóricas y no "toman en cuenta" el sonido, el calor, la fricción, etc.? Es decir, mi línea de pensamiento es que todas las colisiones teóricas que no consideran las pérdidas de calor serían/deberían ser 100% elásticas, hasta que tengamos en cuenta la pérdida de calor.

Las pérdidas se pueden "tener en cuenta", al menos teóricamente, en fórmulas asociadas con el aumento de la energía interna (que agrupa el efecto del aumento del movimiento molecular y la fricción debido a la deformación permanente), la transferencia de calor y el sonido.

Aumento de energía interna-

$$\Delta KE=\Delta U=mC\Delta T$$

Dónde$\Delta KE$es la pérdida de energía cinética mecánica debido a la colisión inelástica,$\Delta U$es el aumento de la energía interna debido al aumento del movimiento molecular y la fricción en la colisión debido a la deformación inelástica (permanente),$m$es la masa del objeto que choca,$C$es su capacidad calorífica específica del material del objeto, y$\Delta T=$el aumento de temperatura del objeto debido a la colisión inelástica.

Calor-

El calor es la transferencia de energía entre cosas debido únicamente a una diferencia de temperatura entre ellas.

Después de la colisión, habrá transferencia de calor desde el objeto cuya temperatura se elevó hacia el medio ambiente, según la ley de enfriamiento de Per Newton.

$$Q=hA(T_{obj}-T_{air})$$

dónde

$h$= el coeficiente de transferencia de calor por convección del aire (moviéndose en relación con el objeto)

$A$= el área de superficie de convección del objeto

$T$= la temperatura del objeto inmediatamente después de la colisión

$T_{air}$= la temperatura del ambiente (aire)

Sonido-

En una colisión, la energía del sonido es una parte muy pequeña de la pérdida total de energía cinética. Además, el sonido es en sí mismo esencialmente energía cinética, en este caso la energía cinética del aire circundante que se ha puesto en movimiento de vibración por las vibraciones del objeto de la colisión.

La intensidad$I$, o la potencia por unidad de área transportada por una onda de sonido es

$$I=\frac{p}{A}$$

Y, teóricamente

$$I=\frac{(\Delta p)^2}{2ρv_w}$$

dónde

$\Delta p=$la variación de presión o amplitud de presión

$v_w$= la velocidad del sonido en el medio.

$ρ$es la densidad del medio (aire)

Para más detalles, consulte

https://courses.lumenlearning.com/physics/chapter/17-3-sound-intensity-and-sound-level/

Si no ocurre ninguna de estas pérdidas, entonces la colisión sería puramente (100%) elástica, como una colisión con un resorte ideal.

Espero que esto ayude.