Moon Drop  : la masse modifie-t-elle la vitesse de chute libre ?

1 · Prédire

Sur la Lune, une boule 1 kg et une boule 6 kg sont larguées ensemble depuis la même hauteur, dans le vide sans résistance de l'air. Lequel accélère le plus vite en tombant ?

2 · Configurer

  1. Ouvrez le préréglage Moon Drop. Notez les deux boules  : une légère (1 kg) et une lourde (6 kg), lâchées ensemble sous la gravité de la Lune (g = 1.6 m/s²).
  2. Sélectionnez chaque balle tour à tour et définissez sa masse dans le panneau des propriétés pour qu'elle corresponde à la colonne Masse du tableau de données ci-dessous avant chaque exécution.
  3. Relâchez les deux balles, mettez la simulation en pause au temps écoulé indiqué dans la colonne Temps et lisez la vitesse descendante (vy) de la balle à partir de la sonde.

3 · Collecter les données

Masse (m) (kg)Temps écoulé (t) (s)Vitesse (vy) (m/s)Quantité de mouvement (p) (kg·m/s)
1.001.00
6.001.00
6.002.00

Tracez ensuite vy en fonction du temps en utilisant les lignes 2 et 3.

4 · Analyser

  1. À l'aide de vos valeurs relevées de vy et de masse, calculez la quantité de mouvement p = mv pour chaque ligne. Montrez votre démarche.
  2. Comparez les lignes 1 et 2 (même instant, masse différente)...

5 · Approfondir

  1. Expliquez, en utilisant F = ma et poids = mg, pourquoi une boule plus lourde ne tombe pas plus vite sur la Lune, même si la gravité la tire avec plus de force.
  2. Si cette même expérience était réalisée sur Terre en laissant tomber une plume et une boule de bowling dans les airs, votre tableau de données serait-il le même ? Pourquoi ou pourquoi pas ?

La physique derrière cette expérience

Quantité de mouvement

La quantité de mouvement p = mv combine la masse et la vitesse d'un objet en une seule quantité  : même si les balles légères et lourdes partagent la même vitesse de chute à un moment donné, la balle la plus lourde transporte beaucoup plus de quantité de mouvement.

Énergie cinétique

KE = ½mv² croît avec le carré de la vitesse et directement avec la masse — donc deux balles frappant le sol à la même vitesse transportent toujours des quantités d'énergie cinétique très différentes si leurs masses diffèrent.

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Mécanique

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