Collisions élastiques et conservation de la quantité de mouvement
1 · Prédire
Deux balles identiques roulent l'une vers l'autre à la même vitesse et entrent en collision élastiquement. Après la collision, comment leurs vitesses se comparent-elles à celles d’avant ?
- Chaque balle rebondit directement à la même vitesse à laquelle elle est entrée
- Les deux balles s'arrêtent net au point de collision
- Les deux balles continuent sans changement, comme si elles se traversaient
2 · Configurer
- Ouvrez la simulation de collision élastique et appuyez sur Réinitialiser.
- Confirmez que les deux balles ont la même masse et définissez la vitesse d'approche pour chaque essai ci-dessous (la balle A se déplace vers la droite, la balle B se déplace vers la gauche à la même vitesse).
- Appuyez sur Lecture, observez les sondes de quantité de mouvement sur les deux balles et enregistrez la lecture de la quantité de mouvement de la balle A juste après la séparation des balles.
3 · Collecter les Données
| Masse m (chaque balle) (kg) | Vitesse d'approche v (m/s) | Quantité de mouvement de la bille A p = mv (kg·m/s) | Bille A : Ec = ½mv² (J) | Quantité de mouvement de la bille A après — prédiction idéale (kg·m/s) | Quantité de mouvement totale après le choc (A + B) (kg·m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 6.00 | ||||
| 1.50 | 8.00 | ||||
| 2.00 | 5.00 |
Tracez la vitesse d'approche v (axe des x) par rapport à l'énergie cinétique de la balle A avant la collision (axe des y).
4 · Analyser
- Montrez votre travail en calculant la quantité de mouvement de la balle A avant la collision (p = mv) pour un essai et comparez-le à la lecture de la sonde de quantité de mouvement de la simulation.
- Comparez la quantité de mouvement de la balle A avant et après la collision. Que vous dit le changement de signe sur sa direction ? La quantité de mouvement total de la balle A + de la balle B est-il conservé ?
5 · Approfondir
- La simulation utilise une restitution de 0.98, et non un 1.0 parfait. Dans quelle mesure vous attendriez-vous à ce que la dynamique de rebond diffère de votre prévision idéalisée, et pourquoi ?
- Si la balle B était deux fois plus lourde que la balle A, la balle A rebondirait-elle toujours directement ? Utilisez les formules générales de collision élastique pour raisonner.
La physique derrière cette expérience
Élan
La quantité de mouvement de chaque balle avant l'impact, à partir de la masse et de la vitesse d'approche que vous avez définies pour chaque essai. La quantité de mouvement total (Ball A + Ball B) est conservé pendant la collision.
Énergie cinétique
Énergie de mouvement de la balle A avant l'impact. Dans une collision parfaitement élastique, cela est entièrement conservé ; la restitution 0.98 de la simulation en direct n'en conserve que e², ce dont vos réponses élaborées doivent tenir compte.