The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go?

Mécanique Intermédiaire Gratuit VR · AR
The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go? – Mécanique
The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go? – Mécanique

Deux chariots de laboratoire se rencontrent sur un rail horizontal. Le chariot A fonce vers le chariot B, immobile, et des pastilles auto-agrippantes sur les faces en regard les font rester collés. Un téléphone sur un petit trépied filme le choc à 240 images par seconde à côté d'un mètre ruban, et la scène est jouée huit fois plus lentement que dans la réalité, comme le serait la vidéo au ralenti. Trois curseurs règlent la masse de chaque chariot et la vitesse de A ; les masses à encoche apparaissent sur les chariots à mesure que vous les ajoutez. Appuyez sur lecture et la séquence est jouée une seule fois : les pastilles s'écrasent et rougeoient, puis les deux chariots repartent ensemble, plus lentement.

Comment utiliser cette simulation

Ce qu’il faut observer

La physique derrière

Prenez comme positif le sens du mouvement de A. Les pastilles poussent les deux chariots avec des forces égales et opposées, donc la quantité de mouvement totale ne peut pas changer : mA vA = (mA + mB) v′, soit v′ = mA vA/(mA + mB). Avec les valeurs de départ, v′ = 1,0 × 4,0 / 2,5 = 1,6 m/s. L'énergie cinétique vaut ½ × 1,0 × 4,0² = 8,0 J avant le choc et ½ × 2,5 × 1,6² = 3,2 J après : 4,8 J, soit 60 %, quittent le mouvement. Ils ne sont pas détruits. Dans le modèle, c'est le travail fourni pour écraser les pastilles de mousse, que les crochets maintiennent écrasées ; dans un choc réel, ils deviennent de l'énergie interne de déformation, de vibration et d'échauffement, plus un peu de son. La part perdue vaut mB/(mA + mB) : elle augmente quand B s'alourdit, diminue quand A s'alourdit, et la vitesse de A change le nombre de joules perdus mais pas la part. La bande de film lit le repère central de A toutes les 8 images, à 1/30 s d'intervalle, sur le même nombre d'intervalles de part et d'autre de l'impact : 0,400 m en 0,100 s donnent 4,0 m/s avant, et 0,160 m en 0,100 s donnent 1,6 m/s après.

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