Chocs sur un banc à coussin d'air – conservation de la quantité de mouvement

Ce qu’elle montre

La quantité de mouvement p = mv est un vecteur : son signe indique le sens du mouvement. Sans frottement, la quantité de mouvement totale m₁v₁ + m₂v₂ se conserve lors du choc ; un choc élastique conserve aussi l'énergie cinétique, alors que des chariots accrochés en perdent une partie en chaleur et en déformation. Pendant l'impact, les corps exercent l'un sur l'autre des forces égales et opposées (troisième loi de Newton). L'impulsion J = ∫F dt, aire sous la courbe force–temps, égale la variation de quantité de mouvement : à Δp égal, un contact plus long réduit la force maximale, d'où les zones déformables, airbags et casques.

Mode d’emploi

Sur le banc, réglez les masses et les vitesses, faites glisser les chariots et cliquez sur Lancer ; comparez les lignes Avant et Après, puis cliquez sur Changer le type de choc. Cliquez sur Capteur de force et crash-test, choisissez Heurte et un Pare-chocs, puis cliquez sur Envoyer. Chaque essai ajoute une ligne avec les temps des barrières, Δp, J, Δt et la force maximale. Gardez m₁ et u₁ fixes pour comparer les pare-chocs, puis essayez le Défi de conception.

Paramètres modifiables

• Masse du chariot 1 0,5–5 kg
• Vitesse initiale du chariot 1 -5–5 m/s
• Masse du chariot 2 0,5–5 kg
• Vitesse initiale du chariot 2 -5–5 m/s
• Type de choc Élastique, Inélastique (chariots accrochés)
• Écran Banc à coussin d'air (conservation), Capteur de force et crash-test
• Pare-chocs Ressort souple, Ressort dur, Zone déformable, Airbag
• Heurte Mur avec capteur de force, Chariot 2 au repos

Questions à explorer

1. Dans le choc inélastique, comment calculer la vitesse commune des chariots à partir de leurs masses et vitesses initiales ?
2. Pour une même variation de quantité de mouvement, pourquoi une zone déformable ou un airbag donne-t-il une force maximale plus faible qu'un ressort dur ?
3. Avec des masses égales et un choc élastique, que deviennent les vitesses des deux chariots ?