Mécanique newtonienne

Les trois lois de Newton, l'énergie et les collisions

Observer directement la deuxième loi de Newton (ΣF = ma), le théorème travail-énergie et la conservation de la quantité de mouvement lors des collisions, en modifiant soi-même les paramètres et en regardant la réponse du système. Mesurez la force nette et l’accélération, puis comparez les valeurs d’énergie et de quantité de mouvement aux relations de conservation $ΣF = ma$ .

Collège

Matériel

Plan incliné virtuel à angle et coefficient de frottement réglables
Piste courbe (parabolique ou avec une bosse), sans frottement ou avec frottement
Deux sphères en collision, coefficient de restitution e réglable de 0 à 1

Protocole

Vérifier les première et deuxième lois de Newton
Dans la section 1, réglez la force de traction F = 0 et augmentez lentement l'angle d'inclinaison θ jusqu'à ce que l'objet commence à glisser. Comparez avec le seuil théorique tanθ = μ. Activez ensuite la force de traction F et observez l'accélération a = ΣF/m changer instantanément lorsque vous faites glisser le curseur. Comparez les valeurs affichées à $ΣF = ma$ .
Vérifier la conservation de l'énergie mécanique
Dans la section 2, réglez le frottement μ = 0 et lâchez la bille. Observez le graphique empilé : la hauteur totale de U + K doit toujours égaler l'énergie initiale. Augmentez ensuite μ > 0 et voyez apparaître la bande Q (chaleur), qui grignote U + K. Comparez les valeurs affichées à $U + K = constant$ .
Comparer collisions élastiques et inélastiques
Dans la section 3, lancez la collision avec e = 1, puis avec e = 0, en gardant les mêmes masses et vitesses initiales. Lisez le panneau quantité de mouvement/énergie : la quantité de mouvement est toujours conservée, mais l'énergie cinétique ne l'est que lorsque e = 1. Comparez les valeurs affichées à $p_{before} = p_{after}$ .

Simulation

Histoire de l’expérience

Isaac Newton publia ses lois du mouvement dans les Principia en 1687, proposant une description unifiée des forces et des mouvements terrestres et célestes. La deuxième loi, ΣF = ma, relie l'accélération à la résultante des forces et à la masse ; avec la troisième loi sur les interactions, elle explique le mouvement sur un plan incliné et les changements de vitesse lors d'une collision. Ces lois fondent la mécanique classique, mais une étude réelle doit définir le système et identifier les forces extérieures. Le théorème travail-énergie W_net = ΔK relie le travail résultant à la variation d'énergie cinétique. Dans une collision isolée, la quantité de mouvement totale p = mv se conserve, tandis que l'énergie cinétique n'est conservée que lors d'un choc élastique. Les simulations distinguent ces deux conservations. Faites varier masse, force, frottement ou restitution, puis comparez mouvement et valeurs affichées ; les modèles numériques négligent notamment la déformation des matériaux et les pertes hors de leurs hypothèses.

Physiciens associés

Isaac Newton

Sujets liés de la bibliothèque

Deuxième loi de Newton Conservation de l'énergie mécanique Conservation de la quantité de mouvement Collisions élastiques