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Conservation du moment

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Conservation du moment est une des lois plus importantes en physique et soutient de nombreux phénomènes en mécanique classique.

Élan, généralement désignée par la lettre p, est le produit de la masse m et la vitesse c. Le principe de la conservation du moment affirme qu’élan, ou Δp, évolution de l’objet est zéro si aucune force extérieure nette n’est appliqué.

À l’inverse, application d’une force extérieure nette ou F net, sur une période de temps résultats un changement dans l’élan pour cet objet. Le phénomène de la conservation du moment peut également être appliqué à une collection d’objets, ce qui le rend utile pour étudier la physique des collisions.

L’objectif de cette expérience est de tester le principe de la conservation du moment en observant les collisions entre les objets en mouvement.

Avant de plonger dans l’expérience de laboratoire, nous allons étudier les principes fondamentaux de la conservation du moment. Lois du mouvement de Newton sont essentiels pour comprendre le principe de la conservation du moment. Pour plus d’informations, regardez la vidéo de l’enseignement des sciences de JoVE : lois du mouvement de Newton.

Les notions de quantité de mouvement peuvent être illustrées à l’aide d’une boule sur une table de billard. Deuxième loi de Newton stipule qu’une force nette appliquée par un bâton de cue confère une accélération une à une boule de masse m. L’accélération est le changement de vitesse v au temps t. Donc, si nous passons le temps de l’autre côté de l’équation, nous nous retrouvons avec Δmv, ou le changement de quantité de mouvement Δp. Par conséquent, la force nette donne lieu à un changement dans l’élan.

Notez que le m dans cette équation est généralement constante, donc la variation de quantité de mouvement dépend de la différence de vitesses aux points de référence finale et initiale. Et puisque la vitesse est une quantité vectorielle, un signe positif ou négatif est attribué à sa valeur qui indique la direction du mouvement.

Dans l’exemple de la bille de choc, la vitesse initiale au point A--dénotés par vA dans cette équation--est égale à zéro. Alors que la vitesse finale au point B est positive. Ainsi, le changement de quantité de mouvement est positif en raison de la force nette exercée par le bâton. Puis, lorsque la balle se déplace du point B au point C, en supposant qu’il y a aucuns forces externes agissant sur le ballon comme résistance de frottement ou de l’air, Δp n’est nul.

Notez qu’élan peut seulement être conservé dans un système isolé - un système pas affecté par des forces extérieures nettes.

Maintenant,, quand la boule se déplace du point C et frappe le côté de la table au point D, sa vitesse finale devient nulle. Ainsi, le changement de dynamique devienne négatif tout en conservant la même grandeur que lorsque le ballon a été heurté par le bâton de cue. Enfin, lorsque la boule rebondit sur le mur, sa vitesse finale au point E est négatif en raison de changement de direction. Nous savons que la vitesse initiale au point D est égale à zéro, donc le changement dans l’élan reste négatif en raison du changement de direction du mouvement.

Ce phénomène de changement de quantité de mouvement et de la conservation est utile pour étudier les abordages ainsi, comme entre deux boules de billard. Notez que dans ce cas les deux boules ensemble seraient considérées comme un système isolé. Par conséquent, la somme des moments initiaux pour les organismes avant l’abordage serait égale à la somme de leurs impulsions finales par la suite. En outre, le changement de quantité de mouvement d’un corps serait égale et opposée à celle de l’autre - reflétant la troisième loi de Newton.

Notez que ces collisions de ball pool seraient considéré comme élastiques, ce qui signifie que les deux élan et l’énergie cinétique ou KE, du système, sont conservés ; mais ce n’est pas toujours le cas. En fait, plus communément rencontrées les collisions, comme les accidents de voiture, sont d’inélastiques et peut obéissent pas conservation du moment parce que l’énergie cinétique est perdue lors de l’impact.

Maintenant que nous avons passé en revue les principes de la conservation du moment, nous allons voir comment ces concepts peuvent être appliquées à une expérience des collisions des planeurs sur une piste proche sans frottement.

Cette expérience est constitué d’un équilibre, deux minuteries de photogate, deux planeurs de masse égale, poids supplémentaires, une arrivée d’air, une voie d’air avec pare-chocs et une règle.

Tout d’abord, à l’aide de la balance, mesurer les masses des planeurs, les poids supplémentaires et d’enregistrer ces valeurs. Ensuite, branchez l’alimentation en air à la voie aérienne et allumez-le. Une voie aérienne est utilisée pour réduire la quantité de friction, ce qui serait une force extérieure sur les planeurs.

Maintenant, commencer par vous familiariser avec le processus de synchronisation en plaçant un planeur et un composant de l’un des timers photogate sur la piste. Réglez la minuterie à la « porte » et poussez le planeur vers le photogate. Quand le drapeau au-dessus de l’aile traverse le photogate il va enregistrer son temps de transit. Sachant que l’indicateur est de 10 centimètres de long, diviser cette distance par le temps mesuré pour obtenir la vitesse du planeur.

Le planeur sera rebondissent sur le pare-chocs extrême et retourner pour passer à nouveau par le biais de la photogate. La photogate affiche le temps de transit initiale et peut être commuté sur la position « lire » pour afficher le temps de transit retour. Répétez le processus de mesurer la vitesse du planeur pendant les voyages initiales et de retour pour vous familiariser avec le processus. Étant donné que la vitesse est une quantité vectorielle, laisser la direction initiale positive et la direction de retour négatif.

Placez un deuxième planeur et une minuterie photogate sur la piste à droite de la première série. Avec aile 2 au repos, appuyez sur planeur 1 afin que les deux entreront en collision. Enregistrer la vitesse initiale de planeur 1 ainsi que la vitesse finale de chaque aile. Notez que les impulsions sont mesurées après que la force impulsive a été appliquée et le système est isolé. Répétez l’opération trois fois pour obtenir des ensembles de données multiples.

Ensuite, avec les planeurs dans leur position d’origine, placez un jeu supplémentaire de poids sur planeur 2 qui double sa masse. Répétez l’ensemble précédent de mesures de la vitesse pour cette configuration de masse et d’enregistrer ces valeurs.

Enfin, remettre les planeurs à leur position d’origine et retirez les poids supplémentaires de planeur 2. Pour cet ensemble de mesures, planeur 2 auront une vitesse initiale telle que les deux planeurs recevra un coup de pouce avant l’abordage. Enregistrer les vitesses initiales et finales pour chaque aile et répétez l’opération trois fois.

Pour la première expérience impliquant des masses égales et planeur 1 initialement en mouvement, planeur 1 s’arrête presque complète après une collision avec aile 2. Et la vitesse du planeur 2 après collision est semblable à la vitesse du planeur 1 avant la collision. Ainsi, l’évolution dans l’élan d’un planeur est égale et opposée à la modification de la dynamique de l’autre, qui en fait un bon exemple des 3ème Loi de Newton

Comme prévu, les impulsions initiales et finales de l’ensemble du système sont presque égales, ce qui reflète la conservation du moment. Écarts dans les valeurs de ces moments sont compatibles avec les erreurs prévues pour ce type d’expérience, y compris l’erreur de mesure et la piste n’étant ne pas absolument plat.

Pour la seconde expérience impliquant des masses inégales, planeur 1 ne vient pas pour se reposer après la collision avec le planeur plus lourd, mais il change de direction après avoir donner un élan à planeur 2.

Une fois de plus, les changements de la dynamique des planeurs sont égale et opposée, tandis que l’élan de l’ensemble du système est conservée. La dynamique du système ainsi que son énergie cinétique initiale et finale sont conservés près. C’est parce que la collision est presque élastique et donc les forces de friction externe négligeable sont présents.

Pour la troisième expérience impliquant des planeurs de masse égale se déplaçant dans des directions opposées, les planeurs possèdent des impulsions initiales semblables et puis inverser leurs directions après une collision tout en conservant leurs amplitudes des impulsions.

L’impulsion totale du système est conservée même si les écarts dans les valeurs de quantité de mouvement initiale et finale sont légèrement plus grandes que les expériences antérieures en raison de la mesure de la vitesse supplémentaire requis et potentiellement plus grandes pertes dues à la friction.

Le principe de la conservation du moment, alors qu’il n’est généralement pas considérée, est présente dans toutes sortes d’activités et d’événements. Sans élan propulsion de fusées de conservation ne serait pas possible. Initialement la fusée et son combustible sont immobiles et impulsion zéro.

Cependant, en rapidement chassant de combustible usé qui a la masse et l’impulsion, la fusée est propulsée vers le haut, à la suite de l’élan dans la direction opposée du carburant mis au rebut. C’est ce qui explique comment les roquettes peuvent créer Poussée et propulser dans l’air ou de l’espace sans pousser contre quelque chose.

La décharge d’une arme à feu a une liaison notable avec la conservation de la quantité de mouvement.

Comme le système de carburant de la fusée, le système d’arme à feu-munitions commence aussi au repos. Lorsque les munitions sont tirée hors de l’arme à feu à une vitesse vertigineuse, il doit s’opposer élan pour contrer. Ceci est connu comme le recul et peuvent être très puissants.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la Conservation du moment. Vous devez maintenant comprendre la conservation du moment principe et comment cela peut être appliqué pour résoudre des problèmes et de comprendre la physique des collisions. Comme toujours, Merci pour regarder !

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