Impulsion linéaire

Objectif d'apprentissage 4.1.A : Décrire l'impulsion linéaire d'un objet ou d'un système.

• 4.1.A.1 L'impulsion linéaire est définie par l'équation $\vec{p} = m\vec{v}$.
  • Équation : $\vec{p} = m\vec{v}$
• 4.1.A.2 L'impulsion est une grandeur vectorielle et a la même direction que la vitesse.
• 4.1.A.3 L'impulsion peut être utilisée pour analyser les collisions et les explosions.
  • 4.1.A.3.i Une collision est un modèle pour une interaction où les forces exercées entre les objets impliqués dans le système sont beaucoup plus grandes que la force externe nette exercée sur ces objets pendant l'interaction.
  • 4.1.A.3.ii Comme seuls les états initial et final d'une collision sont analysés, le modèle objet peut être utilisé pour analyser les collisions.
  • 4.1.A.3.iii Une explosion est un modèle pour une interaction dans laquelle des forces internes au système éloignent les objets au sein de ce système.

Énoncé de limite : Sauf indication contraire, le terme général « impulsion » fera référence spécifiquement à l'impulsion linéaire.

Objectif d'apprentissage 4.2.A : Décrire l'impulsion fournie à un objet ou un système.

• 4.2.A.1 Le taux de changement de l'impulsion est égal à la force externe nette exercée sur un objet ou un système.
  • Équation : $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{\Delta \vec{p}}{\Delta t}$
• 4.2.A.2 L'impulsion est définie comme le produit de la force moyenne exercée sur un système et de l'intervalle de temps pendant lequel cette force est exercée sur le système.
  • Équation : $\vec{J} = \vec{F}_{\text{avg}} \Delta t$
• 4.2.A.3 L'impulsion est une grandeur vectorielle et a la même direction que la force nette exercée sur le système.
• 4.2.A.4 L'impulsion fournie à un système par une force externe nette est égale à l'aire sous la courbe d'un graphique de la force externe nette exercée sur le système en fonction du temps.
• 4.2.A.5 La force externe nette exercée sur un système est égale à la pente d'un graphique de l'impulsion du système en fonction du temps.

Objectif d'apprentissage 4.2.B : Décrire la relation entre l'impulsion exercée sur un objet ou un système et le changement d'impulsion de l'objet ou du système.

• 4.2.B.1 Le changement d'impulsion est la différence entre l'impulsion finale d'un système et son impulsion initiale.
  • Équation : $\Delta \vec{p} = \vec{p} - \vec{p}_0$
• 4.2.B.2 Le théorème de l'impulsion-quantité de mouvement relie l'impulsion exercée sur un système et la variation de quantité de mouvement de ce système.
  • Équation : $\vec{J} = \vec{F}_{\text{avg}} \Delta t = \Delta \vec{p}$
• 4.2.B.3 La deuxième loi du mouvement de Newton est une conséquence directe du théorème de l'impulsion-quantité de mouvement appliqué aux systèmes à masse constante.
  • Équation : $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{\Delta \vec{p}}{\Delta t} = m\dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t} = m\vec{a}$

Énoncé de limite : AP Physics 1 ne requiert pas que les étudiants analysent quantitativement des systèmes dont la masse varie avec le temps.

Objectif d'apprentissage 4.3.A : Décrire le comportement d'un système en utilisant la conservation de la quantité de mouvement linéaire.

• 4.3.A.1 Un ensemble d'objets ayant chacun leur propre quantité de mouvement peut être décrit comme un seul système possédant une vitesse unique du centre de masse.
  • 4.3.A.1.i Pour un ensemble d'objets, la vitesse du centre de masse d'un système peut être calculée à l'aide de l'équation $\vec{v}_{\text{cm}} = \dfrac{\sum \vec{p}_i}{\sum m_i} = \dfrac{\sum m_i \vec{v}_i}{\sum m_i}$.
  • 4.3.A.1.ii La vitesse du centre de masse d'un système reste constante en l'absence de force externe nette.
• 4.3.A.2 La quantité de mouvement totale d'un système est la somme des quantités de mouvement des parties qui le composent.
• 4.3.A.3 En l'absence de forces externes nettes, toute modification de la quantité de mouvement d'un objet au sein d'un système doit être compensée par une variation équivalente et opposée de quantité de mouvement ailleurs dans le système. Toute variation de la quantité de mouvement d'un système résulte d'un transfert de quantité de mouvement entre le système et son environnement.
  • 4.3.A.3.i L'impulsion exercée par un objet sur un second objet est égale et opposée à l'impulsion exercée par le second objet sur le premier. Il s'agit d'une conséquence directe de la troisième loi de Newton.
  • 4.3.A.3.ii Un système peut être choisi de telle sorte que sa quantité de mouvement totale soit constante.
  • 4.3.A.3.iii Si la quantité de mouvement totale d'un système change, cette variation sera équivalente à l'impulsion exercée sur le système.
    • Équation: $\vec{J} = \Delta \vec{p}$
• 4.3.A.4 Une application correcte de la conservation de la quantité de mouvement permet de déterminer la vitesse d'un système immédiatement avant et immédiatement après des collisions ou des explosions.

Énoncé de limite : AP Physics 1 comprend un traitement quantitatif et qualitatif de la conservation de la quantité de mouvement en une dimension, ainsi qu'un traitement semi-quantitatif en deux dimensions. Les questions d'examen impliquant la résolution de systèmes d'équations simultanées ne sont pas incluses dans AP Physics 1, mais l'examen AP Physics 1 peut comporter des questions évaluant si les étudiants savent poser correctement les équations et raisonner sur la façon dont la modification d'une masse, d'une vitesse ou d'un angle donné affecterait d'autres grandeurs. AP Physics 2 comprend un traitement complet de la conservation de la quantité de mouvement en deux dimensions pour les problèmes comportant une seule vitesse finale inconnue.

Objectif d'apprentissage 4.3.B : Décrire comment le choix d'un système détermine si la quantité de mouvement de ce système change.

• 4.3.B.1 La quantité de mouvement est conservée dans toutes les interactions.
• 4.3.B.2 Si la force externe nette agissant sur le système choisi est nulle, la quantité de mouvement totale du système est constante.
• 4.3.B.3 Si la force externe nette agissant sur le système choisi est non nulle, la quantité de mouvement est transférée entre le système et l'environnement.

Objectif d'apprentissage 4.4.A : Décrire si une interaction entre des objets est élastique ou inélastique.

• 4.4.A.1 Une collision élastique entre des objets est une collision où l'énergie cinétique initiale du système est égale à l'énergie cinétique finale du système.
• 4.4.A.2 Lors d'une collision élastique, les énergies cinétiques finales de chaque objet au sein du système peuvent être différentes de leurs énergies cinétiques initiales.
• 4.4.A.3 Une collision inélastique entre des objets est une collision où l'énergie cinétique totale du système diminue.
• 4.4.A.4 Lors d'une collision inélastique, une partie de l'énergie cinétique initiale n'est pas restituée sous forme d'énergie cinétique, mais est transformée par des forces non conservatives en d'autres formes d'énergie.
• 4.4.A.5 Lors d'une collision parfaitement inélastique, les objets restent collés ensemble et se déplacent avec la même vitesse après la collision.