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Niveau terminale
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mécanique de Newton

Posté par
ino
24-12-13 à 01:14

Bonsoir

Je ne comprends pas très bien à quoi sert le vecteur quantité de mouvement ? Je comprends pas ce qu'il représente ? Pouvez-vous m'éclairer svp avec quelques exemples si possible.


Pour tracer le vecteur accélération, il faut trouver la valeur de v car a=v/t pour cela on trace puis grâce à l'échelle on trouve v.
Pour tracer on fait une différence de vecteurs.
Ce que je ne comprends pas c'est pourquoi on ne fait pas tout simplement la différence des valeurs des vitesses au lieu de faire la différence des vecteurs ?


Merci de m'aider

Posté par
J-P
re : mécanique de Newton 24-12-13 à 10:01

Citation :
Je ne comprends pas très bien à quoi sert le vecteur quantité de mouvement ?


La quantité de mouvement est une notion importante en physique, car il y a conservation de la quantité de mouvement d'un ensemble par exemple lors de chocs. (collision entre différent objets)

Cette notion de quantité de mouvement permet de calculer les vitesses (en norme , direction et sens) d'objets lors de chocs ... même si les chocs ne sont pas élastiques et donc si de l'énergie (chaleur due au déformation permanentes par exemple) a été dissipée suite au choc.
-----

Citation :
Ce que je ne comprends pas c'est pourquoi on ne fait pas tout simplement la différence des valeurs des vitesses au lieu de faire la différence des vecteurs ?


Et bien parce que il existe des mouvements qui ne sont pas rectilignes.

Une force appliquée à un objet de masse m peut par exemple faire varier la vitesse en direction et en conserver la norme.
Par exemple dans un mouvement circulaire uniforme, la norme de la vitesse est constante, mais la direction de la vitesse change en permanence.
C'est parce que la force appliquée à l'objet n'a pas la même direction que la vitesse, dans ce cas (mouvement circulaire uniforme), la force qui fair "dévier" l'objet et qui donc modifie la direction de la vitesse est perpendiculaire à tout moment au vecteur vitesse...
Et par la reletion fondamentale de la dynamique : \vec{F} = m.\vec{a}, si la force est perpendiculaire à la vitesse, alors l'accélération aussi.

Dans les mouvements encore un peu plus sophistiqués, la vitesse peut changer en norme et en direction au cours du temps

Bref, on ne peut calculer des accélérations par simple différence entre norme de vitesse (par Delta|v|/Delta t) que pour les mouvements rectilignes.

Pour tous mouvements non rectilignes, on DOIT utiliser le vecteur vitesse et pas sa norme seule pour en déduire le vecteur accélération.

Sauf distraction.  

Posté par
ino
re : mécanique de Newton 24-12-13 à 13:01

Citation :
car il y a conservation de la quantité de mouvement d'un ensemble par exemple lors de chocs. (collision entre différent objets)


Pour l'exemple de la propulsion d'une fusée
A l'instant t=0s, le système est immobile, donc c'est un système pseudo-isolé, vect Fext= vect O

A l'instant t, la fusée est lancée, la fusée est en mouvement, donc les forces ne se compensent plus, il y a une autre force qui intervient, je ne comprends pas pourquoi on considère tout de même que le système est pseudo-isolé alors que les forces ne se compensent pas (d'où le mouvement de la fusée) ?

Merci de m'aider

Posté par
J-P
re : mécanique de Newton 24-12-13 à 13:40

Dans le cas d'une fusée, si elle est lancée par exemple de la Terre, il faut aussi tenir compte de la force qu'exerce la Terre sur la fusée (force de gravité).

Si on veut modifier la vitesse d'une fusée loin de tout astre (pour pouvoir considerer la fusée comme un système isolé) alors, des gaz (faisant partie de l'ensemble étudié) propulsés vers l'arrière feront que la fusée sera "poussée" vers l'avant.
La quantité de mouvement du système fusée (qui comprend la fusée vide mais aussi le carburant qui sert à éjecter des gaz pour modifier la vitesse et les dits gaz) reste constante.

Dans le cas d'une fusée, étudié un peu sérieusement, les calculs ne sont pas sans difficultés car la masse de la fusée varie en permanence par le carburant consommé pour faire varié la vitesse.
-----
La "formule" à trouver est dans ce cas :
Vfinale - Vinitiale = Vitesse d'expulsion des gaz * ln|Masse initiale/masse finale|

Voila comment on peut y arriver :

mouvement de fusée (loin de toute force de gravité) par éjection de gaz.


Le problème est un peu plus pointu qu'on pourrait le penser car la masse de la fusée change en cours d'accélération (carburant consommé, dont la masse initiale est bien souvent beaucoup plus grande que la masse à vide de la fusée) ...
et aussi parce qu'on connait en général la vitesse des gaz par rapport à la fusée et par par rapport au référentiel galiléen utilisé pour exprimer la vitesse de la fusée.
Ce n'est pas insurmontable, loin s'en faut ... mais ce n'est pas non plus sans difficulté.

Voila donc quelques réflexions sur le sujet :

Si la fusée est loin de toutes forces extérieures (donc loin de tout astre, pour "oublier" les effets gravitationnels).


Soit vi la vitesse de la fusée à l'instant t et vf la vitesse de la fusée à l'instant t+dt (dans un référentiel galiléen)
Soit M la masse de la fusée à l'instant t et M+dM la masse à l'instant t+dt, -dM est la masse de gaz expulsé dans l'intervalle dt
Soit U la vitesse des gaz (dans un référentiel galiléen) à l'instant t.

dt est un infiniment petit.

M.vi = -dM.U + (M+dM).(vi + dv) (issu de la conservation de la quantité de mouvement)

Mais, en général la vitesse des gaz est constante PAR RAPPORT A LA FUSEE et par dans le référentiel terrestre, en appelant Vg la vitesse des gaz par rapport à la fusée, alors l'équation devient :

On a : vitesse fusée référentiel galiléen = vitesse fusée par rapport au gaz + vitesse des gaz dans référentiel galiléen

on a donc vi + dv = vg + U
U = vi + dv - vg

M.vi = -dM.(vi + dv - vg) + (M+dM).(vi + dv)

M.vi = -dM.vi - dM.dv + dM.vg + MVi + Mdv + vi.dM + dMdv

0 = dM.vg + Mdv

M.dv = - dM.vg

Soit donc: M.dv/dt = - vg.dM/dt

Attention que M varie ...

On a l'équation différentielle de la vitesse de la fusée (dans référentiel galiléen) :

dv = -vg * dM/M

En intégrant (depuis vitesse initiale jusque vitesse finale pendant que la masse de la fusée passe de masse initiale à masse finale (à cause de la consommation de carburant, on a :

vf - vi = Vg.ln|Mi/Mf|
-----

Voila ... mais ce n'est plus à la portée des Terminales avec les programmes actuels.

Par contre, on donne souvent des énoncés édulcorés, où les vraies difficultés ont été mises de coté pour appliquer quand même, dans un cadre très restreint, la conservation de la quantité de mouvement.

Peut pas en dire plus sans l'énoncé précis.



  



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