Kollisionskræfter

Kollisionskræfter er de kræfter, der virker mellem to legemer under et sammenstød, når de er i kontakt. De opstår primært som følge af deformation af materialerne og elektromagnetiske kræfter mellem molekylerne ved kontakt. I klassisk mekanik beskrives de ofte som impulskræfter, der virker i en kortvarig kontaktperiode.

Under en kollisions hæver to vigtige principper sig: bevægelsesmængde og energi. Hvis der ikke er væsentlige eksterne kræfter, bevares den samlede bevægelsesmængde: m1 u1 + m2 u2 = m1 v1 + m2 v2. Impulsen J, der udveksles mellem legemerne, giver ændringen i momentum: Δp1 = -J, Δp2 = +J. Den gennemsnitlige kollisionskraft er F_avg = Δp/Δt, hvor Δt er kontaktens varighed.

Elastiske og inelastiske kollisjoner: I elastiske kollisions bevares også den kinetiske energi; i inelastiske kollisionser tabes en del af energien til deformation, varme eller lyd. Koeficienten for restitution e beskriver forholdet mellem de normale hastigheder efter og før kollisionen: v2' − v1' = −e (v2 − v1). e ligger mellem 0 og 1; e = 1 svarer til en fuldstændig elastisk kollision, e = 0 til fuldstændig inelastisk.

Kollisionens kræfter består af en normal kraft, der modvirker kompression i kontaktfladen, og eventuelt friktionskraft i tangential retning. Den gennemsnitlige kraft afhænger af materialernes stivhed og deformation og kan modelleres med f.eks. Hertz-teori for elastiske kontakter eller viskoelastiske/plastiske modeller for deformable legemer.

Anvendelser inkluderer bilsikkerhed, sport og materialeforskning, hvor kollisionskræfter bestemmes for at forstå energioverførsel, skadesrisiko og støddæmpning.