Forces opposées : deuxième loi et quantité de mouvement de Newton
1 · Prédire
Un bloc se déplaçant vers la droite est tiré par une force constante dans la direction opposée. Qu’arrive-t-il à son mouvement au fil du temps ?
- Il ralentit et s'arrête définitivement
- Il ralentit, s'arrête, puis accélère dans la direction opposée
- Il ralentit brièvement, puis continue à vitesse réduite constante
2 · Configurer
- Ouvrez la simulation des forces opposées et appuyez sur Réinitialiser.
- Activer la sonde de vitesse sur le bloc.
- Pour chaque essai, définissez la vitesse initiale du bloc, appuyez sur Lecture, faites une pause à t = 4 s à l'aide de la chronologie et enregistrez la lecture de la vitesse.
3 · Collecter les données
| Masse m (kg) | Vitesse initiale v₀ (m/s) | Force opposée F (N) | Quantité de mouvement initiale p = mv (kg·m/s) | Vitesse à t = 4 s (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 6.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 8.00 | 2.00 |
Tracez la vitesse à t = 4 s (axe y) par rapport à la vitesse initiale v₀ (axe x).
4 · Analyser
- Montrez votre démarche pour calculer la quantité de mouvement initiale p = mv pour un essai.
- En utilisant a = F/m, prédisez la vitesse du bloc à t = 4 s pour chaque essai et comparez-la à votre table. Le bloc se déplace-t-il toujours dans sa direction d’origine, est-il momentanément au repos ou recule-t-il ?
5 · Approfondir
- Si la masse du bloc était doublée alors que la force opposée restait la même, cela prendrait-il plus ou moins de temps pour s'arrêter ? Expliquez en utilisant F = ma.
- Les vrais blocs glissant sur une surface réelle ressentent également une friction. La friction ferait-elle arrêter le bloc plus tôt ou plus tard que ne le prédit cette simulation idéalisée ?
La physique derrière cette expérience
Quantité de mouvement
...déterminent sa quantité de mouvement avant que la force opposée n'agisse.
Deuxième loi de Newton
La force opposée constante divisée par la masse donne la décélération constante du bloc, qui le ralentit, l'arrête et finalement l'inverse.
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
- Balle rebondissante : perte d'énergie à l'impact
- Collisions élastiques et conservation de la quantité de mouvement
- Collision inélastique 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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