As-tu déjà joué au billard ou vu quelqu'un jouer au billard ? Lorsque tu joues, tu frappes une boule sur une table de billard et cette boule frappe les autres boules sur la table, ce qui les fait bouger également. Une situation similaire peut être observée en jouant au volley-ball. Lorsque tu te prépares à jouer, tu t'entraînes avec la balle. Lorsque tu le frappes au sol, le ballon rebondit. Ces situations sont des exemples de collision élastique.
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En jouant au billard, tu frappes une boule sur une table de billard, et cette boule frappe les autres boules. C'est un exemple de collision élastique. Wikimedia Commons
Définition de la collision élastique
Les collisions élastiques sont des collisions dans lesquelles l'énergie cinétique totale reste la même avant et après la collision. Cependant, les énergies cinétiques des objets individuels peuvent changer.
Collision élastique: Une collision dans laquelle l'énergie cinétique totale des objets reste la même pendant toute la durée de la collision.
Types de collisions élastiques
Cible stationnaire
Comme dans l'exemple du billard, une boule en mouvement peut frapper une boule stationnaire et la faire bouger également. Une balle en mouvement a une certaine vitesse et possède donc de l'énergie cinétique. Lorsqu'elle frappe une boule immobile, elle transfère une partie de son énergie à l'autre boule. Cela signifie que l'énergie cinétique de la balle en mouvement diminue et que l'énergie cinétique de la balle immobile augmente.
Cible mobile
Lorsque les deux objets sont en mouvement et se heurtent l'un l'autre, une collision élastique peut encore se produire. L'énergie cinétique totale et l'élan seront toujours conservés, mais les formules pour les vitesses finales seront différentes du cas de la cible stationnaire.
Formule des collisions élastiques
Cas d'une cible immobile
Après qu'une balle en mouvement ait heurté une balle immobile, elle transfère une partie de son énergie cinétique à l'autre. Elles peuvent toutes deux avoir une vitesse finale après la collision. StudySmarter Originals
Lorsqu'un objet de masse \(m_1\) et de vitesse initiale \(V_{1i}\) heurte une boule stationnaire de masse \(m_2\), l'objet de masse \(m_1\) a une vitesse finale \(V_{1f}\) et l'objet de masse \(m_2\) a une vitesse finale \(V_{2f}\). La quantité de mouvement linéaire nette est conservée, c'est pourquoi la quantité de mouvement totale reste la même avant et après la collision.
Après avoir divisé l'équation 8 par l'équation 4, puis réarrangé, nous pouvons trouver les formules de collision élastique pour le cas de la cible stationnaire.
$$V_{1f}=\frac {m_1-m_2}{m_1+m_2}V_{1i}$$
$$V_{2f}=\frac {2m_1}{m_1+m_2}V_{1i}$$
Cas de la cible mobile
Les deux boules mobiles avec des vitesses peuvent avoir des vitesses finales différentes après une collision élastique. L'énergie cinétique totale est toujours conservée. StudySmarter Originals
Lorsqu'un objet de masse \(m_1\) et de vitesse initiale \(V_{1i}\) heurte une balle de masse \(m_2\) et de vitesse initiale \(V_{2i}\), l'objet de masse \(m_1\) a une vitesse finale \(V_{1f}\) et l'objet de masse \(m_2\) a une vitesse finale \(V_{2f}\).
Une boule d'une masse de 2 kg se déplace vers la droiteavec une vitesse de 4 m/set heurte une boule immobile d'une masse de 1 kg sur le billard. Quelles sont les vitesses finales des boules ?
Solution :
Pour trouver les vitesses finales, nous pouvons utiliser l'équation 9. Comme indiqué dans l'exemple, \(V_{1i}=4 \frac ms\) et \(m_1=2 kg\). Nous pouvons insérer ces valeurs dans l'équation.
$$V_{1f}=\frac {2 kg - 1 kg}{2 kg + 1 kg}\times 4 \frac ms = \frac 1 3 \times 4 \frac ms = \frac 4 3 \frac ms$$$.
$$V_{2f}=\frac {2 \times 2 kg}{2 kg + 1 kg}\times 4 \frac ms = \frac 4 3 \times 4 \frac ms = \frac {16} 3 \frac ms$$
Une balle d'une masse de 6 kg et d'une vitesse initiale de 4 m/s heurte une autre balle d'une masse de 4 kg et d'une vitesse initiale de 2 m/s. Elles se déplacent toutes les deux vers la droite. Quelles sont leurs vitesses finales après la collision ?
Solution :
Nous pouvons utiliser notre formule ci-dessus pour trouver les vitesses finales. Ici, \(m_1=6 kg\) et \(m_2=4 kg\), \(V_{1i} = 4 \frac ms\) et \(V_{2i}=2 \frac ms\).
$$V_{1f}=\frac{6 kg-4 kg}{6 kg+4 kg}\ fois 4 \frac ms + \frac{2\times 4 kg}{6 kg+4 kg}\ fois 2 \frac ms$$$.
$$V_{2f}=\frac{2\times6 kg}{6 kg + 4 kg}\times 4\frac ms + \frac{4 kg - 6 kg}{6 kg + 4 kg}\times 2\frac ms$$$$V_{2f}=\frac{2\r}{4 kg - 6 kg}{6 kg + 4 kg}\r} fois 2\frac ms
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Gabriel Freitas est un ingénieur en intelligence artificielle possédant une solide expérience en développement logiciel, en algorithmes d’apprentissage automatique et en IA générative, notamment dans les applications des grands modèles de langage (LLM). Diplômé en génie électrique de l’Université de São Paulo, il poursuit actuellement une maîtrise en génie informatique à l’Université de Campinas, avec une spécialisation en apprentissage automatique. Gabriel a un solide bagage en ingénierie logicielle et a travaillé sur des projets impliquant la vision par ordinateur, l’IA embarquée et les applications LLM.
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