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Energia cinetica al momento dell'impatto

Calcolo dell'energia cinetica al momento dell'impatto

Due locomotive di massa 120 · 103 kg ciascuna si trovano ad una distanza di 6,4 km l'una dall'altra e vengono poste su di un percorso di collisione frontale.

Le due locomotive vengono poste in moto nello stesso momento, procedendo l'una contro l'altra con un'accelerazione costante pari a 0,26 m/s2.

Calcolare l'energia cinetica al momento dell'impatto e calcolare quanti kg di tritolo sarebbero necessari per sviluppare la stessa energia che si ha nell'impatto delle due locomotive, sapendo che l'energia sviluppata da 1 tonnellata di tritolo, è pari a 4,18 · 109 J.

Svolgimento

I due locomotori entrambi di massa pari a 120 · 103 kg sono posti ad una distanza di 6,4 km.

Chiamiamo il primo locomotore A e poniamolo nell'origine, mentre poniamo il secondo corpo B ad una distanza iniziale di 6400 m rispetto all'origine.

Prendendo come positivo il verso che da da A a B possiamo scrivere le due leggi orarie dei corpi, che si muovono di moto rettilineo uniformemente accelerato, e calcolare pertanto il punto esatto dello scontro.

Per entrambi i corpi la velocità iniziale è nulla mentre l'accelerazione a vale 0,26 m/s2.

Per A avremo:

SA = ½ · a · t2

mentre per B:

SB = - ½ · a · t2 + 6400

Imponiamo ora che sia

SA = SB

Per cui

½ · a · t2 = - ½ · a t2 + 6400

a · t2 = 6400

t2 = 6400/a = 6400/0,26 = 24615,4 s

Da cui:

t = 157 s (scartando ovviamente il valore negativo privo di senso fisico).

Pertanto i due locomotori si scontrano dopo 157 s dalla partenza.

Per calcolare la velocità acquisita in tale lasso di tempo, utilizziamo la legge della velocità di un moto rettilineo uniformemente accelerato:

V(t) = a · t + Vo

Sostituendo otteniamo

V(157) = 0,26 · 157 = 40,8 m/s

Quindi i due locomotori avranno medesimo valore della velocità in valore assoluto.

L'energia cinetica del sistema è la somma dell'energia cinetica di ogni singolo corpo per cui:

Ektot = Ek1 + Ek2 = ½ · m · V2 + ½ · m · V2 = m · V2

Sostituendo i dati in nostro possesso si ha che:

Ektot = 120 · 103 · 40,82 = 199680000 J = 2 · 108 J

Per calcolare quanti kg di tritolo sarebbero stati necessari per sviluppare una tale energia basta dividere il risultato ottenuto per il potere esplosivo del tritolo:

m = Ektot / Potere_esplosivo

Poiché l'energia sviluppata da 1 tonnellata (1000 kg) di tritolo, è pari a 4,18 · 109 J, allora il potere esplosivo è pari a:

Potere_esplosivo = 4,18 · 109 / 103 = 4,18 · 106 J/kg

Dunque:

m = 2 · 108 J / 4,18 · 106 J/kg = 48 kg circa

In definitiva l'energia cinetica del sistema al momento dello scontro è pari a 2 · 108 J corrispondenti all'esplosione di 48 kg circa di tritolo.

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