Urto - Urto nella meccanica classica

Urto nella meccanica classica

Una  casistica abbastanza vasta anche se imperfetta dell'urto a due dimensioni ci è offerta dal biliardo. In questo caso le palle d'avorio sono con buona approssimazione elastiche e l'attrito trascurabile in prima approssimazione. Dal terzo principio della dinamica segue che il momento della quantità di moto acquistato da una palla è uguale a quello perso dall'altra. Quindi il momento totale della quantità di moto è una costante del moto e viene conservato durante la collisione, purché si trascuri l'attrito. Tale risultato vale in generale per le collisioni di un numero qualsivoglia di corpi anche in tre dimensioni. Inoltre vale il principio della conservazione dell'energia. Queste leggi di conservazione, a cui bisogna aggiungere quella del momento angolare, restringono le posizioni finali dei corpi in collisione quando siano assegnate quelle iniziali. Se poi sono assegnate esplicitamente le forze che si esercitano tra i corpi l'integrazione delle equazioni del moto conduce a una previsione completa del processo.

Urti tra particelle atomiche e subatomiche

Nella  meccanica quantistica, che regola il moto delle particelle elementari, rimane il concetto di costante del moto e quindi si continua a parlare di conservazione dell'energia totale, della quantità di moto e del momento angolare. La teoria dell'urto è però molto più importante nella fisica atomica che in quella classica per le seguenti ragioni: 1) Non esistendo attrito nel senso usuale di questa parola, tutti i processi atomici sono regolati solo dall'interazione delle particelle. 2) Non essendo possibile agganciare le particelle a supporti fissi, l'urto ci dà preziose informazioni sulle interazioni tra particelle. Gli urti tra particelle atomiche e subatomiche possono essere anelastici se una o più componenti del sistema possiedano gradi di libertà interni che possono subire una transizione quantistica nell'urto.

A energie sufficientemente alte la probabilità di un processo elastico diminuisce rapidamente rispetto a quella dei processi anelastici. Si può dare una definizione più precisa della probabilità di un processo d'urto, ricorrendo alla nozione di sezione d'urto (simb. ). In meccanica classica, nel caso di due palle da biliardo, tale nozione altro non è che l'area apparente presentata dalla palla bersaglio alla palla proiettile, quindi è l'area del cerchio massimo equatoriale della palla. Nel caso atomico le forze tra particelle aumentano gradualmente a partire da una certa distanza e la definizione di raggio si presenta alquanto disagevole. Conviene quindi definire la sezione d'urto nel modo seguente: si consideri un fascio di particelle (proiettili) incidenti su una particella fissa (bersaglio). Il fascio contenga particelle di velocità v e sia N il numero di particelle che attraversa in un secondo un'area di un cm² posta trasversalmente a  v. Sia M il numero di urti per secondo verificantisi sul bersaglio. Il rapporto M/N ha le dimensioni di un'area, appunto la sezione d'urto. È facile convincersi che nel caso di palle da biliardo tale esperimento ideale ci dà proprio l'area del cerchio massimo. In pratica quasi tutti gli esperimenti condotti su particelle atomiche nella fisica moderna si riducono a più o meno elaborate misure di sezione d'urto. Uno degli aspetti più interessanti delle sezioni d'urto è che esse ci forniscono, oltre ai dati sulle interazioni fondamentali che si manifestano tra le particelle elementari, informazioni precise sull'esistenza e le proprietà di stati metastabili e risonanze con una vita media talmente breve che è impossibile osservarli direttamente.