The Cart and the Bumper — Impulse Is the Area

Mécanique Intermédiaire Gratuit VR · AR
The Cart and the Bumper — Impulse Is the Area – Mécanique
The Cart and the Bumper — Impulse Is the Area – Mécanique

Un lanceur pousse un chariot de dynamique sur un rail horizontal contre un butoir à ressort monté sur un capteur de force, tandis qu'un capteur de mouvement, à l'autre bout, enregistre la vitesse du chariot. Le chariot rebondit et s'éloigne ; appuyez sur lecture pour faire l'essai une fois, et faites glisser la ligne de temps jusqu'à n'importe quel instant. Quatre curseurs règlent la masse du chariot m, la vitesse de lancement vi, la raideur du butoir k et son coefficient de restitution e ; ils partent de 0,50 kg, +0,60 m/s, 600 N/m et 0,80. Les graphiques de vitesse et de force partagent un même axe du temps et sont tracés jusqu'à l'instant affiché, et chaque réglage essayé est noté dans un tableau : vi et vf lues sur les paliers du graphique de vitesse, la durée du contact Δt, Δp = m(vf − vi) et l'aire J sous le pic de force.

Comment utiliser cette simulation

Ce qu’il faut observer

La physique derrière

Prenez comme positif le sens vers le butoir. Le butoir rend la fraction e de la vitesse — il se détend le long d'une droite plus raide que celle de la compression —, donc le chariot repart à vf = −e·vi. Aux valeurs de départ, vf = −0,8 × 0,60 = −0,48 m/s et Δp = m(vf − vi) = 0,50 × (−0,48 − 0,60) = −0,54 N s. Le capteur de force est lu 1000 fois par seconde, et l'aire sous son pic, l'impulsion J = ∫F dt, vaut elle aussi −0,54 N s : négative, car le butoir repousse le chariot vers le capteur de mouvement. La raideur ne change que la forme du pic. Le contact dure (π/2)(1 + e)√(m/k) et la force culmine à vi√(mk) : 0,082 s et 10,4 N à 600 N/m, 0,20 s et 4,2 N à 100 N/m. Contact plus long, force plus faible, même aire : J = FΔt = Δp. Un chariot plus lourd ou un lancer plus rapide changent Δp, et l'aire le suit exactement ; un butoir plus rebondissant (e plus grand) change davantage la quantité de mouvement, car Δp = −m·vi(1 + e).

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