Az ütközésekről általában
Ha valaki feladatul kapná, hogy mondjon példát ütközésekre, valószínűleg a járművek vagy a biliárdgolyók ütközését említené elsőként. Számtalan, a hétköznapi életből vett példát mondhatunk még ezeken kívül. Ütközés például a fejelés vagy a teniszezők ütései, egy labdának a talajról, falról történő visszapattanása, vagy amikor valakit eltalál egy hógolyó, és az hozzátapad az illető ruhájához.
A jelenségek egyik közös tulajdonsága, hogy egy kezdetben mozgó test sebessége nagyon rövid idő alatt megváltozik egy másik testtel való kölcsönhatás következtében.
Erőhatások az ütközések során
Az ütközések nagyon rövid idő alatt játszódnak le. Egyszerű kézi stopperrel lehetetlen megmérni az időtartamot. A valóságban mindegyiket rövid hanghatás kíséri, amit hétköznapi szavakkal koppanásnak, puffanásnak vagy csattanásnak mondunk, ezzel is az ütközés időbeli rövidségét jelezve. A rövid ütközési időnek viszont az a következménye, hogy nagyon nagy erőhatások lépnek föl az ütközésben részt vevő testek között. Ezt tapasztalhatták azok a fiúk, akik már fejeltek erősen megrúgott labdába focizás közben. De maga a rúgás is ütközés, és a lábunkon érezzük a nagy erőhatást a rúgás közben.
Egy másik, valószínűleg mindenki által ismert bizonyíték a nagy erőhatásra, a tornatermek falán gyakran látható folt, melyet a falról visszapattant labda hagyott ott. Ezek a foltok elég nagyok. Egy focilabda akkora foltot is hagyhat, amelynek átmérője majdnem megegyezik a labdáéval. A nagyméretű foltok csak úgy keletkezhettek, hogy a labda a fallal való ütközés során nagymértékben benyomódott. Ahhoz, hogy ez bekövetkezzen, rendkívül nagy erő szükséges, hiszen egy rendesen fölpumpált labdát kézzel nem tudunk ilyen mértékben összenyomni.
Az ütközések rövid időtartama és közben a testekre ható nagyon nagy erők szorosan összefüggnek egymással. Az ütközésben részt vevő test impulzusa az ütközés során megváltozik. Az impulzusváltozás kiszámítható az ütközés előtti és az ütközés utáni sebességekből. Ez egyenlő a testet érő erőlökéssel, azaz az erő és az idő szorzatával. Mivel az ütközés időtartama rövid, nyilvánvaló, hogy az erőhatásnak kell nagynak lenni.
Impulzusmegmaradás az ütközéseknél
Annak, hogy az ütközések során a testek között nagyon nagy erőhatások ébrednek, az a következménye, hogy a legtöbb esetben a testekre ható egyéb erők hatásai elhanyagolhatók. Gondoljunk arra, hogy amikor röplabdázás közben szervát fogadunk, a labda elég erőset üt a kezünkre! Ez az erő csak az ütközésből származhat, mert ha a labdát csak úgy rátesszük a kezünkre, alig nyomja, pedig ebben az esetben is le kell győzni a nehézségi erőt.
A külső erők elhanyagolhatóságának az a következménye, hogy az ütközés során érvényesül az impulzusmegmaradás tétele. Ez azért van, mert az ütköző testek között föllépő erők belső erők, a többi erő hatását pedig a legtöbb esetben az eddigiek alapján elhanyagolhatjuk.
Ütközések típusai
Az ütközéseket három csoportba osztjuk. Az első csoportba az olyan ütközések tartoznak, mint amikor a hógolyó hozzátapad valakihez, vagy például guruló vasúti kocsik összekapcsolódnak. Ilyenkor az ütköző testek sebessége az ütközés után megegyezik, együtt mozognak tovább. Az ilyen ütközéseket tökéletesen rugalmatlan ütközésnek nevezzük.
A másik csoportba azok az esetek tartoznak, amelyeknél az ütközés után a testek sebessége különböző, s az ütköző testek mozgási energiájának egy része "elvész", más energiává (pl. hővé, hanggá) alakul. Ilyen például két biliárdgolyó ütközése vagy egy falról visszapattanó labda.
A harmadik csoportba a tökéletesen rugalmas ütközések tartoznak, amelyeknél az ütközés során megmarad a mozgási energia. A mechanikai ütközések között valójában ilyen ütközés csak mint ideális határeset létezik. Az elemi részecskék fizikájában azonban megvalósulhat.
Az olyan problémákat, ahol a testek sebességei egy egyenesbe esnek az ütközés előtt és az ütközés után, centrális, egyenes ütközéseknek nevezzük. Mivel a sebességek egy egyenesbe esnek, az ilyen ütközések leírása során a sebességek és az impulzusok nem vektorokként, hanem előjeles skalár mennyiségként is kezelhetők.