Caught, Returned or Sent North — Impulse Is a Vector

Mécanique Intermédiaire Gratuit VR · AR
Caught, Returned or Sent North — Impulse Is a Vector – Mécanique
Caught, Returned or Sent North — Impulse Is a Vector – Mécanique

Une balle arrive de l'ouest au-dessus d'un terrain où est peinte une rose des vents, et une batte la renvoie. Quatre curseurs règlent la masse de la balle m, sa vitesse avant le coup vi, l'angle de sortie θ mesuré depuis l'est, et le rapport entre la vitesse après et la vitesse avant, vf/vi ; ils partent de 60 g, 20 m/s, 90° et 1,00, et un rapport de 0 signifie que la balle est attrapée. La batte tourne quand les curseurs bougent : une batte lisse ne peut pousser que selon la normale au point de contact, et cette normale doit donc pointer dans la direction de l'impulsion. Sur la rose, la quantité de mouvement initiale pi et l'impulsion J sont tracées depuis le même point, et le parallélogramme qu'elles forment a pour diagonale la quantité de mouvement finale pf. Le vol est joué une fois, 20 fois plus lentement, avec des images stroboscopiques de la balle à intervalles de temps égaux ; une ligne de temps permet de l'arrêter à n'importe quel instant, avant ou après le coup.

Comment utiliser cette simulation

Ce qu’il faut observer

La physique derrière

Prenez l'est comme positif. Avant le coup, la quantité de mouvement de la balle vaut pi = mvi = 6,0 × 10⁻² × 20 = 1,2 kg m/s vers l'est, et l'impulsion est la variation vectorielle J = pf − pi. Attrapée, pf = 0 et J = 0 − 1,2 = −1,2 N s : 1,2 N s vers l'ouest. Renvoyée vers l'ouest à la même vitesse, J = (6,0 × 10⁻²)(−20) − (6,0 × 10⁻²)(20) = −2,4 N s : inverser la quantité de mouvement double l'impulsion. Envoyée au nord à la même vitesse, pi et pf sont perpendiculaires, donc |J| = √2 × 1,2 = 1,70 ≈ 1,7 N s, vers le nord-ouest. En général, le triangle formé par pi, pf et J donne |J| = m√(vi² + vf² − 2vi·vf cos θ) ; à vitesses égales, cela devient 2mv sin(θ/2), soit 2,08 N s à 120°, dirigée à 150° de l'est. La vitesse de la balle peut rester la même pendant que J passe de 0 à 2mv : l'impulsion est la variation vectorielle de la quantité de mouvement, pas la différence entre les deux vitesses. La batte reste immobile chaque fois que cela suffit ; il faut la lancer contre la balle quand celle-ci repart plus vite qu'une batte immobile ne pourrait la renvoyer, et elle recule quand la balle continue d'avancer vers elle.

impulsemomentumvectorsparallelogram ruleJ = Δplaw of cosinescompass directions3D