Le momentum est une mesure de la masse en mouvement. Tout objet en mouvement a un élan. Tel que défini par Newton, la quantité de mouvement d'un objet (p) est le produit de la masse (m) et de la vitesse (v) de l'objet. En physique, la quantité de mouvement d'un objet est égale à la masse multipliée par la vitesse.
Habituellement, l'élan est abrégé en utilisant la lettre «p», ce qui donne à l'équation la forme suivante:
où p est le moment, m est la masse et v est la vitesse
À partir de cette équation, nous pouvons voir que la vitesse de l'objet et la masse ont un impact égal sur la quantité d'impulsion.
Nous avons plus d'élan lorsque nous courons que lorsque nous marchons. De même, si une voiture et un vélo se déplacent dans la rue à la même vitesse, la voiture aura plus d'élan (en raison de sa masse plus élevée).
Le momentum peut être considéré comme la puissance lorsqu'un objet est en mouvement c'est-à-dire la force qu'il peut avoir sur un autre objet. Par exemple, une boule de bowling (grande masse) poussée très lentement (faible vitesse) peut heurter une porte vitrée et ne pas la casser, tandis qu'une balle de baseball (petite masse) peut être lancée rapidement (haute vitesse) et briser la même vitre. Le baseball a un élan plus grand que la boule de bowling. Parce que l'élan est le produit de la masse et que la vitesse affecte l'élan d'un objet. Comme indiqué, un objet de grande masse et de faible vitesse peut avoir le même élan qu'un objet de petite masse et de grande vitesse. Une balle est un autre exemple où l'élan est très élevé, en raison de la vitesse extraordinaire.
Le momentum est une quantité vectorielle. Une quantité vectorielle est une quantité entièrement décrite à la fois par la grandeur et la direction. Pour décrire pleinement l'élan d'une boule de bowling de 5 kg se déplaçant vers l'ouest à 2 m / s, nous devons inclure des informations sur l'ampleur et la direction de la boule de bowling. Il ne suffit pas de dire que la balle a 10 kg m / s d'impulsion; l'élan du ballon n'est pas entièrement décrit tant que des informations sur sa direction ne sont pas données. La direction du vecteur momentum est la même que la direction de la vitesse de la balle. La direction du vecteur vitesse est la même que la direction dans laquelle un objet se déplace. Si la boule de bowling se déplace vers l'ouest, alors son élan peut être entièrement décrit en disant qu'elle est de 10 kg m / s vers l'ouest. En tant que quantité vectorielle, la quantité de mouvement d'un objet est entièrement décrite à la fois par sa magnitude et sa direction. La direction de l'élan est indiquée par une flèche ou un vecteur.
L'unité d'impulsion est le kg m / s (kilogramme mètre par seconde) ou N s (Newton seconde).
Impulsion - L'impulsion est le changement d'élan causé par une nouvelle force; cette force augmentera ou diminuera l'élan en fonction de la direction de la force; vers ou loin de l'objet qui se déplaçait auparavant. Si la nouvelle force (N) va dans le sens de l'impulsion de l'objet (x), l'impulsion de x augmentera; donc si N va vers l'objet x dans la direction opposée, x ralentira et son élan diminuera.
Pour comprendre la conservation de l'élan, la direction de l'élan est importante. L'élan d'un système est additionné à l'aide de l'addition vectorielle. Selon les règles de l'addition vectorielle, ajouter une certaine quantité de mouvement avec la même quantité de mouvement dans la direction opposée donne un moment total de zéro. Par exemple, lorsqu'une arme à feu est tirée, une petite masse (la balle) se déplace à grande vitesse dans une direction. Une masse plus importante (le pistolet) se déplace dans la direction opposée à une vitesse beaucoup plus lente. Le recul d'une arme à feu est dû à la conservation de l'élan. Le canon recule à une vitesse inférieure à celle de la balle en raison de sa plus grande masse. L'élan de la balle et l'élan de l'arme sont exactement égaux en taille mais de direction opposée. L'utilisation de l'addition vectorielle pour ajouter l'élan de la balle à l'élan du canon (de taille égale mais de direction opposée) donne un élan total du système de zéro. L'élan du système de balles de pistolet a été conservé.
Lorsque deux objets se heurtent, cela s'appelle une collision. En physique, une collision ne doit pas nécessairement impliquer un accident (comme deux voitures s'écrasant l'une dans l'autre), mais peut être tout événement où deux ou plusieurs objets en mouvement exercent des forces l'un sur l'autre pendant une courte période de temps.
Il existe deux types de collision - élastique et inélastique
Une collision élastique est celle dans laquelle aucune énergie cinétique n'est perdue. La collision élastique se produit lorsque les deux objets «rebondissent» lorsqu'ils se heurtent.
Une collision inélastique est une collision dans laquelle une partie de l'énergie cinétique des corps en collision est perdue. C'est parce que l'énergie est convertie en un autre type d'énergie comme la chaleur ou le son. Les collisions inélastiques se produisent lorsque deux objets entrent en collision et ne rebondissent pas l'un par rapport à l'autre.
Exemples:
Une théorie importante en physique est la loi de conservation de l'élan. Cette loi décrit ce qui arrive à l'élan lorsque deux objets entrent en collision. La loi stipule que lorsque deux objets entrent en collision dans un système fermé, la quantité de mouvement totale des deux objets avant la collision est la même que la quantité de mouvement totale des deux objets après la collision. L'élan de chaque objet peut changer, mais l'élan total doit rester le même.
Par exemple, si une balle rouge d'une masse de 10 kg se déplace vers l'est à une vitesse de 5 m / s et entre en collision avec une balle bleue d'une masse de 20 kg voyageant vers l'ouest à une vitesse de 10 m / s, quel est le résultat ?
Nous identifions d'abord l'élan de chaque balle avant la collision:
Boule rouge = 10 kg * 5 m / s = 50 kg m / s à l'est
Boule bleue = 20 kg * 10 m / s = 200 kg m / s ouest
L'élan résultant sera les deux balles = 150 kg m / s ouest
Remarque: Un objet immobile a une impulsion de 0 kg m / s.
L'élan dont nous avons discuté ci-dessus est en grande partie l'élan linéaire. Cela correspond à notre compréhension de l'élan - un grand objet se déplaçant rapidement a un élan plus grand qu'un objet plus petit et plus lent. L'élan linéaire est exprimé comme p = mv
Selon le principe de conservation de la quantité de mouvement linéaire, en l'absence de forces externes, la quantité de mouvement totale d'un système ne change pas. L'élan des composants individuels peut changer, et change généralement, mais l'élan total du système reste constant.
Mais qu'en est-il des objets qui se déplacent en cercle? Il s'avère que nous ne pouvons pas tout à fait imaginer le moment cinétique de la même manière. Le moment cinétique est le moment d'un objet en rotation ou en mouvement circulaire et est égal au produit du moment d'inertie et de la vitesse angulaire. Le moment angulaire est mesuré en kilogrammes mètres carrés par seconde.
Un corps rotatif est associé à une inertie appelée moment d'inertie. Le moment d'inertie est comme la masse en impulsion linéaire puisqu'il s'agit de la résistance au changement de vitesse de rotation lorsqu'un couple (rotationnel équivalent à une force) est appliqué.
Le moment d'inertie dépend de:
Le moment cinétique est exprimé par L = Iω. Cette équation est un analogue à la définition de l'impulsion linéaire comme p = mv. Les unités de moment linéaire sont en kg m / s tandis que les unités de moment cinétique sont en kg m2 / s. Comme on pouvait s'y attendre, un objet qui a un grand moment d'inertie I, comme la Terre, a un très grand moment angulaire. Un objet qui a une grande vitesse angulaire ω, comme une centrifugeuse, a également un moment angulaire assez important.
La conservation du moment cinétique explique de nombreux phénomènes. Le moment cinétique total d'un système reste inchangé si aucun couple externe n'agit sur lui. La vitesse de rotation peut changer simplement en changeant le moment d'inertie.
Un exemple de conservation du moment cinétique est lorsqu'un patineur exécute une vrille. Le couple net sur elle est très proche de zéro, car il y a relativement peu de frottements entre ses patins et la glace, et parce que le frottement s'exerce très près du point de pivot. Par conséquent, elle peut tourner pendant un certain temps. Elle peut aussi faire autre chose. Elle peut augmenter sa vitesse de rotation en rentrant ses bras et ses jambes. Pourquoi tirer ses bras et ses jambes augmente-t-elle sa vitesse de rotation? La réponse est que son moment cinétique est constant en raison du couple net sur elle négligeable. Sa vitesse de rotation augmente considérablement lorsqu'elle tire dans ses bras, ce qui diminue son moment d'inertie. Le travail qu'elle fait pour tirer dans ses bras entraîne une augmentation de l'énergie cinétique de rotation.
Il existe plusieurs autres exemples d'objets qui augmentent leur vitesse de rotation parce que quelque chose a réduit leur moment d'inertie. Les tornades en sont un exemple. Les systèmes de tempête qui créent des tornades tournent lentement. Lorsque le rayon de rotation se rétrécit, même dans une région locale, la vitesse angulaire augmente, parfois au niveau furieux d'une tornade. La Terre est un autre exemple. Notre planète est née d'un énorme nuage de gaz et de poussière, dont la rotation provenait de la turbulence dans un nuage encore plus grand. Les forces gravitationnelles ont provoqué la contraction du nuage et la vitesse de rotation a augmenté en conséquence.
Dans le cas du mouvement humain, on ne s'attendrait pas à ce que le moment cinétique soit conservé lorsqu'un corps interagit avec l'environnement lorsque son pied pousse du sol. Les astronautes flottant dans l'espace n'ont pas de moment cinétique par rapport à l'intérieur du navire s'ils sont immobiles. Leurs corps continueront d'avoir cette valeur nulle, quelle que soit la façon dont ils se tordent tant qu'ils ne se poussent pas du côté du navire.
