Bed or Tiles — Same Fall, Different Stop

Mécanique Débutant Gratuit VR · AR
Bed or Tiles — Same Fall, Different Stop – Mécanique
Bed or Tiles — Same Fall, Different Stop – Mécanique

Pourquoi un téléphone risque-t-il moins de se casser en tombant sur un lit que sur un carrelage, lâché de la même hauteur ? Deux téléphones identiques sont suspendus côte à côte, chacun à la même hauteur au-dessus de sa propre surface — l'un au-dessus d'un lit, l'autre au-dessus du carrelage. La touche lecture les lâche ensemble : la chute se joue une seule fois, et la ligne de temps permet de revenir à n'importe quel instant. Les curseurs règlent la hauteur de chute, la masse du téléphone et l'enfoncement du matelas. La chute est montrée au ralenti, encore plus lentement au moment de l'impact, et deux graphiques force-temps sur un même axe des temps enregistrent comment chaque surface arrête son téléphone.

Comment utiliser cette simulation

Ce qu’il faut observer

La physique derrière

Chaque téléphone atteint sa surface à v = √(2gh) et s'arrête sans rebondir : les deux perdent donc la même quantité de mouvement, Δp = mv. Avec le téléphone par défaut de 0,18 kg lâché de 1,00 m, v = 4,43 m/s et Δp = 0,80 N s. Ce qui diffère, c'est la durée de l'arrêt. Dans le modèle, chaque surface pousse d'autant plus fort que le téléphone s'y enfonce encore vite. Le matelas laisse le téléphone s'enfoncer de la distance choisie (8 cm par défaut) et l'arrête en 0,050 s environ ; la coque et le carrelage ne cèdent à eux deux qu'environ 1,3 mm et l'arrêtent en 0,0008 s environ. La deuxième loi de Newton sous forme de quantité de mouvement donne la force résultante moyenne, F = Δp/Δt : environ 16 N sur le lit contre près de 1000 N sur le carrelage, soit quelque 60 fois plus. Les graphiques tracent la force résultante — la poussée de la surface moins le poids du téléphone —, si bien que l'aire sous chaque impulsion vaut exactement Δp : une bosse basse et large pour le lit, haute et étroite pour le carrelage. Une chute plus haute ou un téléphone plus lourd augmentent Δp et les deux forces ; un matelas qui s'enfonce davantage allonge l'arrêt sur le lit et diminue sa force. Dans le modèle, le verre se fissure quand la poussée qu'il subit dépasse 700 N.

impulsemomentumF = Δp/Δtstopping timeforce–time graphphone drop3D