Mécanique

Berceau de Newton

Observez la quantité de mouvement se transmettre à travers la rangée jusqu'à la bille du bout.

Berceau de Newton — simulation interactive de Mécanique. Observez la quantité de mouvement se transmettre à travers la rangée jusqu'à la bille du bout. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Berceau de Newton

Une rangée de billes identiques transfère la quantité de mouvement par des chocs quasi élastiques — la bille du bout sort tandis que les autres bougent à peine.

Quand la bille du bout frappe la rangée, la quantité de mouvement se propage le long de la chaîne de contacts. Dans le cas idéal, la dernière bille repart avec l'essentiel de la quantité de mouvement tandis que les billes intérieures restent quasi immobiles.

• Moment conservé le long de la rangée
• Contacts quasi élastiques

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Si vous tirez la première balle jusqu'à une hauteur de dégagement h et la laissez basculer dans la rangée, qu'est-ce qui détermine la vitesse à laquelle la dernière balle s'envole ?

Des pronostics à peser

• La balle éloignée part à peu près à la même vitesse que la première balle au moment de l'impact.
• La balle la plus éloignée part plus lentement, car les balles du milieu absorbent une partie du mouvement.
• La balle éloignée part plus vite que la vitesse d'impact de la première balle.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Masse de la balle (kg)
• Hauteur de déclenchement (m)

Ce que vous mesurez  :

• Libérer PE (J)
• Vitesse de sortie de la balle lointaine (m/s)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage Newton's Cradle dans le bac à sable.
2. Faites glisser la balle la plus à gauche vers l'extérieur et vers le haut pour définir une hauteur de déclenchement, puis lisez à quelle hauteur elle se trouve au-dessus de son point de repos.
3. Relâchez la balle et laissez-la descendre dans la rangée de balles en contact. Regardez quelle(s) balle(s) s'envolent de l'autre côté et à quelle hauteur elles se balancent.

Équation gouvernante

Énergie potentielle gravitationnelle — PE = m·g·h

La balle retirée stocke une énergie égale à son poids multiplié par la distance à laquelle vous l'avez soulevée au-dessus de son point de repos - c'est ce qui alimente toute la réaction en chaîne une fois relâchée.

Énergie cinétique — KE = ½·m·v²

Lorsque la balle relâchée descend, son PE stocké se convertit en KE  ; en bas, ce KE est ce qui est transmis presque entièrement à la balle éloignée à travers la chaîne de collisions.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour chaque rangée, calculez le relâchement PE (mgh) et l'impact KE que la première balle devrait avoir juste avant d'atteindre le bas de son swing (½ mv², en utilisant votre farSpeed mesuré pour v). Comment se comparent les deux énergies ?
• En utilisant la conservation de l'impulsion et de l'énergie cinétique pour une chaîne de masses égales, expliquez pourquoi la balle la plus éloignée part avec (approximativement) la vitesse d'impact de la première balle, alors que les balles intermédiaires bougent à peine.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Pourquoi les boules du milieu bougent-elles à peine, même si l’impulsion de la collision les traverse toutes ?
• Dans le bac à sable, la balle lointaine se balance-t-elle exactement aussi haut que votre hauteur de lancement ? Que vous dit l'écart (le cas échéant) sur l'élasticité réelle des collisions ?

• AP Physics 1 — Unit 4: Linear Momentum
• AP Physics C: Mechanics — Unit 4: Linear Momentum
• IB Physics — A.2 Forces and momentum
• General High School Physics — Momentum & collisions
• NGSS High School Physics — Conservation of momentum
• Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions

1. Bienvenue au berceau de Newton
2. Appuyez sur Lecture
3. Sélectionnez la première bille
4. Quantité de mouvement le long de la rangée
5. Ouvrez les données
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Conservation de la quantité de mouvement