À propos de cette expérience
Envoyez deux chariots l’un vers l’autre et comparez leurs vitesses avant et après le contact. Choisissez une collision élastique ou réduisez le coefficient de restitution afin de dissiper de l’énergie cinétique tout en conservant la quantité de mouvement totale. Les chariots commencent à 4 m l’un de l’autre et leurs corps mesurent 0,5 m de largeur ; la caméra les suit pour qu’ils restent tous deux visibles.
Objectifs pédagogiques
- Appliquez la conservation de la quantité de mouvement à une collision isolée entre deux corps
- Utilisez la restitution pour distinguer les collisions élastiques des collisions inélastiques
- Distinguez la conversion de l’énergie cinétique de la conservation de la quantité de mouvement
- Compare les graphes de la vitesse en fonction du temps pour les collisions élastiques et inélastiques.
Comment l’utiliser
- 1Lancez la collision par défaut et observez les variations de vitesse au même instant de contact.
- 2Réglez les deux masses sur la même valeur et le coefficient de restitution sur 1. Vérifiez que les chariots échangent leurs vitesses.
- 3Réglez le coefficient de restitution sur zéro et comparez la vitesse finale commune à la quantité de mouvement totale divisée par la masse totale.
- 4Choisissez des vitesses initiales qui éloignent les chariots l’un de l’autre. Vérifiez qu’il n’y a pas de collision et qu’aucune énergie cinétique n’est perdue.
- 5Donne au chariot B une masse quatre fois supérieure à celle du chariot A, puis lance A vers B, initialement au repos, avec un coefficient de restitution de 1. Décris ce qui arrive à A.
- 6Utilise le curseur temporel pour t’arrêter juste avant et juste après la collision et vérifie que la quantité de mouvement totale reste constante.
Le modèle
Hypothèses
- Le mouvement est unidimensionnel sur une piste horizontale sans frottement, sans impulsion horizontale extérieure.
- La collision est instantanée. La déformation des chariots, la production sonore et le profil temporel de la force de contact de durée finie ne sont pas simulés.
- La largeur des deux chariots est fixée à 0,5 m, indépendamment de leur masse. La caméra mobile modifie l’échelle de l’image.
- Pour e = 0, les chariots ont la même vitesse finale et restent en contact. L’énergie cinétique convertie n’est attribuée à aucun processus interne particulier.
À essayer en classe
- Q1La quantité de mouvement totale peut-elle être nulle alors que l’énergie cinétique totale est positive ?
- Q2Lors d’une collision élastique entre des masses égales, pourquoi les vitesses sont-elles échangées ?
- Q3Pourquoi la quantité de mouvement se conserve-t-elle lors d’une collision avec un coefficient de restitution nul, alors que l’énergie cinétique diminue ?
- Q4Un poids lourd et une petite voiture entrent en collision frontale et restent accrochés l’un à l’autre. Laquelle subit le plus grand changement de vitesse ? Laquelle subit le plus grand changement de quantité de mouvement ?
- Q5Pourquoi les ingénieurs en sécurité automobile veulent-ils que les voitures se déforment plutôt que de rebondir ?
Foire aux questions
Pourquoi n’y a-t-il pas de collision pour certains réglages de vitesse ?
Le chariot de gauche doit se déplacer vers celui de droite plus vite que ce dernier ne s'éloigne. Si u1 est inférieur ou égal à u2, la distance qui les sépare ne diminue jamais.
Pourquoi l’image zoome-t-elle lorsque les chariots s’éloignent ?
La caméra suit les deux chariots. Les vitesses numériques, le temps de collision et la quantité de mouvement conservée restent exprimés en unités physiques et ne dépendent pas de l’échelle de la caméra.
Où va l’énergie cinétique perdue ?
Lors d’une collision réelle, elle se transforme en chaleur, en son et en énergie nécessaire à la déformation permanente des objets. La quantité de mouvement ne peut pas être perdue de la même façon, car les deux chariots exercent l’un sur l’autre des forces égales et opposées pendant la même durée.