Collision inélastique et conservation de la quantité de mouvement
1 · Prédire
Une balle en mouvement s'écrase sur une balle stationnaire plus lourde et ils repartent ensemble. La quantité de mouvement est-il conservé même si l'énergie cinétique est perdue ?
- La quantité de mouvement et l'énergie cinétique sont conservés
- La quantité de mouvement est conservé, mais l'énergie cinétique ne l'est pas
- Ni la quantité de mouvement ni l'énergie cinétique ne sont conservés
2 · Configurer
- Ouvrez la simulation de collision inélastique et appuyez sur Réinitialiser.
- Activer les sondes KE sur la bille A et la bille B.
- Définissez la vitesse initiale de la balle A pour chaque essai ci-dessous, appuyez sur Lecture et enregistrez la vitesse partagée à laquelle les deux balles se déplacent juste après leur collision.
3 · Collecter les données
| Masse de la boule A m₁ (kg) | Masse de la boule B m₂ (kg) | Vitesse initiale de la balle A v₁ (m/s) | Quantité de mouvement initiale p = m₁v₁ (kg·m/s) | Vitesse combinée après collision (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 6.00 | ||
| 1.00 | 4.00 | 10.00 | ||
| 1.00 | 4.00 | 14.00 |
Tracez la vitesse finale combinée (axe y) par rapport à la quantité de mouvement initial p (axe x).
4 · Analyser
- Montrez votre travail de calcul de la quantité de mouvement initial p = m₁v₁ pour un essai et comparez-le à la lecture de la simulation lors du même essai.
- Dans quelle mesure les deux valeurs concordent-elles ?
5 · Approfondir
- Calculez l'énergie cinétique juste avant la collision et juste après (en utilisant la vitesse finale et la masse totale combinées). Où est passée l’énergie cinétique manquante ?
- Cette collision n'est pas parfaitement inélastique (restitution ≈ 0.05, pas exactement 0). Vous attendriez-vous à ce que la vitesse finale réelle soit légèrement supérieure ou inférieure à la prédiction idéale ? Expliquer.
La physique derrière cette expérience
Quantité de mouvement
La quantité conservée dans chaque collision, y compris celle-ci. La balle B démarre au repos, donc la quantité de mouvement total du système avant l'impact n'est que la quantité de mouvement m₁v₁ de la balle A.
Énergie cinétique
Contrairement à la quantité de mouvement, l'énergie cinétique n'est pas conservée lors d'une collision inélastique : la comparaison du KE total avant et après la collision montre la quantité d'énergie perdue à cause de la déformation et de la chaleur.
Mécanique
- Mouvement du projectile et énergie cinétique
- Balle sur une rampe : énergie sur une pente sans friction
- Bloc sur une rampe à friction : recherche du seuil de frottement statique
- Vitesse terminale : chute par traînée
- Force Lab : la deuxième loi de Newton
- Forces opposées : deuxième loi et quantité de mouvement de Newton
- Balle rebondissante : perte d'énergie à l'impact
- Collisions élastiques et conservation de la quantité de mouvement
- Le berceau de Newton : élan et transfert d'énergie
- Pendule simple
- Masse sur ressort : mouvement harmonique simple
- Mouvement circulaire uniforme et force centripète
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