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PHYSQ 131: Collisions{1

COLLISIONS EN DEUX DIMENSIONS

1 Introduction

Ce protocole ne contient pas de manipulations detaillees. Cette experience vous permettra donc de faire preuve de creativite et de faire de la physique experimentale comme le font les vrais experimentateurs, c.-a-d. faire face a un contexte theorique puis decider de la facon dont vous allez utiliser le materiel mis a votre disposition pour verier cette theorie. Vous ne devriez pas ^etre stresses par cet exercice; il s'agit tout simplement de concevoir une methode experimentale qui vous permette de verier un but donne de facon signicative, et d'en evaluer la abilite (supporte par une bonne analyse d'erreur). La theorie expliquee ci-dessous devrait vous aider a imaginer cette experience. Gardez bien a l'esprit que votre rapport ne sera pas corrige comme les autres experiences, et que la correction tiendra compte du fait qu'il n'y a pas de format unique ou ideal pour ce type d'exercice! 2 But Etudier la conservation de la quantite de mouvement en deux dimensions, et determiner si des collisions sont elastiques ou inelastiques.

3 Materiel

Vous disposez pour cette experience d'une table a coussin d'air sans friction et de rondelles munies d'un pointeur a etincelles regulieres, tel qu'illustre a la Figure 1. Les tubes relies aux rondelles remplissent deux fonctions: (1) ils transportent l'air qui reduit la frition entre les rondelles et la table, et (2) ils contiennent des cha^nettes qui etablissent le courant et creent les etincelles 1.1

Remarque:Les points laisses par les etincelles appara^trontsous la feuilleet non sur sa face superieure.

PHYSQ 131: Collisions{2

Figure 1: Montage experimental

Les points sont generes par un etincelleur, illustre a la Figure 2. Cet appareil est relie a une pedale au sol. Faites attention de ne pas toucher a la table au m^eme moment ou vous activez la pedale, car vous pourriez prendre un choc electrique!

PHYSQ 131: Collisions{3

Figure 2:

Etincelleur

4 Theorie

I. Conservation de la quantite de mouvement

Etant deja familiers avec la loi de conser-

vation de la quantite de mouvement a une dimension, il vous est facile de generaliser en deux dimensions avec la notation vectorielle: essentiellement, les equations pour une dimension sont appliquees a chacune des composantes du vecteur quantite de mouvement. La formule vectorielle generale est~Pitotal=~Pf total;(1) en l'absence de forces exterieures. L'exposant \i" signieavantla collision, alors que \f" signieapresla collision. Dans le cas d'une collision entre deux masses, illustree a la Figure 3:

PHYSQ 131: Collisions{4

Figure 3: Collision a deux dimensions

l'equation (1) devient m

1~vi1+m2~vi2=m1~vf

1+m2~vf

2;(2) que l'on peut ecrire sous forme de composantes: m

1vi1x+m2vi2x=m1vf

1x+m2vf

2x; m

1vi1y+m2vi2y=m1vf

1y+m2vf

2y;(3)

ou, selon le schema precedent, les composantes sont donnees par v i1=vi1x;vi1y= (vi1cosi1;vi1sini1); v i2=vi2x;vi2y= (vi2cosi2;vi2sini2); v f 1=vf 1x;vf 1y=vf 1cosf 1;vf 1sinf 1; v f 2=vf 2x;vf 2y=vf 2cosf 2;vf 2sinf 2:(4) Les variables qu'il vous faudra mesurer sont doncvi1;vi2;vf 1;vf

2(les grandeurs des vecteurs

vitesse), et les anglesi1;i2;f 1;f

2. L'equipement qui vous est fourni vous permet de determiner

ces quantites.

PHYSQ 131: Collisions{5

II. Collisions elastiques versus inelastiquesUne collision est diteparfaitement elastique lorsqu'il s'agit d'un choc dans lequel l'energie cinetique totale des particules est conservee, en plus de la quantite de mouvement. C'est donc dire qu'il n'y a pas de transfert de l'energie totale initiale sous forme de chaleur, d'energie potentielle (de deformation des objets), etc. L'energie reste donc sous forme d'energie cinetique.

Ainsi, il faut que la relationEicin: tot:=Ef

cin: tot:soit egalement veriee: 12 m1vi1 2+12 m2vi2 2=12 m1vf 1 2+12 m2vf 2 2:(5) ouvest la grandeur du vecteurv.

5 Manipulations

Ecrivez une description des manipulations que vous avez utilisees lors de votre experience et incluez-la dans votre rapport.

6 Conclusion

Est-ce que votre montage experimental vous permet de verier la loi de la conservation de la quantite de mouvement? Pourquoi? Est-ce que les collisions sont elastiques ou inelastiques?

Expliquez.

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