Mécanique newtonienne

Forces d'interaction et conservation de la quantité de mouvement

Constater que les forces exercées mutuellement par deux corps sont égales et opposées, et étudier la conservation de la quantité de mouvement d'un système isolé. Mesurez la quantité de mouvement des deux corps avant et après le choc, puis vérifiez $p_{before} = p_{after}$ .

Collège

⚠ Les collisions sont simulées uniquement ; ne lancez ni ne percutez d'objets réels, cela pourrait provoquer des blessures.

Matériel

Deux sphères en collision unidimensionnelle
Curseurs de masse, vitesse initiale, restitution et ralenti

Protocole

Modifier les masses et vitesses avant l'impact
Réglez m₁, m₂, v₁ et v₂ avec les curseurs, choisissez e = 1 puis cliquez sur « Relancer la collision » pour observer le ralenti. Lisez la quantité de mouvement totale avant et après ; changez une masse ou une vitesse et recommencez pour vérifier qu'elle reste identique. Abaissez e à 0 pour comparer avec un choc parfaitement inélastique : la quantité de mouvement se conserve, mais pas l'énergie cinétique. Comparez les grandeurs observées à $p_{before} = p_{after}$ .
Comparer les forces d'interaction
Lancez le choc au ralenti et observez les deux vecteurs au même instant. Comparez intensité, sens et corps concerné pour vérifier $\vec F_{12} = -\vec F_{21}$ ; ces forces agissent sur des corps différents.
Distinguer quantité de mouvement et énergie cinétique
Gardez masses et vitesses initiales fixes, abaissez le coefficient de restitution e de 1 à 0 et relancez. Relevez quantité de mouvement totale et énergie cinétique avant et après, puis identifiez les grandeurs conservées. Comparez les grandeurs observées à $p_{before} = p_{after}$ .

Simulation

Histoire de l’expérience

Newton énonça la troisième loi dans les Principia en 1687 : lorsque deux corps interagissent, les forces qu'ils exercent l'un sur l'autre sont égales en intensité, opposées en direction et appliquées à des corps différents. Cela distingue une paire d'interaction de deux forces qui s'équilibrent sur un même corps. Les collisions et forces de contact montrent que la loi vaut pour chaque interaction, quel que soit l'objet en mouvement. Avec la deuxième loi, la troisième conduit à la conservation de la quantité de mouvement d'un système isolé : les forces internes se compensent à l'échelle du système et une résultante extérieure nulle maintient sa quantité de mouvement totale. Celle-ci peut rester conservée lors d'un choc inélastique alors que l'énergie cinétique diminue. Il faut donc distinguer forces d'interaction, quantité de mouvement du système et énergie cinétique.

Physiciens associés

Isaac Newton

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