Physique
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Berceau de Newton
Le berceau de Newton, modélisé ici avec la bibliothèque gratuite PlanarMechanics de Wolfram System Modeler, est une démonstration classique de trois principes physiques importants : la conservation de la quantité de mouvement, la conservation de l’énergie et le frottement.
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Les principes du berceau de Newton
Lorsque la première bille est libérée, son énergie potentielle est convertie en énergie cinétique et lorsqu’elle est brusquement arrêtée lors de l’impact avec la deuxième bille, la majeure partie de cette énergie est transférée à la deuxième bille en la comprimant. La même chose se produit pour les troisième et quatrième billes, mais lorsque l’énergie est transférée à la cinquième et dernière bille de la chaîne, elle la fait bouger. Dans un berceau de Newton idéal, la cinquième bille se déplacerait avec exactement la même énergie que la première, mais dans la réalité, les frottements entre les billes empêchent cela de se produire.
Le modèle
Les fils auxquels sont attachées les billes sont modélisés comme des pendules individuels où les billes sont connectées les unes aux autres par un modèle de contact conçu sur mesure (voir l’image agrandie). Le modèle de contact gère les collisions et calcule la force de contact entre les billes lorsqu’elles s’entrechoquent. Le modèle est un berceau de Newton idéal, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de frottement entre les billes.
Animation 3D
Comme le modèle est construit dans System Modeler à l’aide de la bibliothèque PlanarMechanics, une animation du modèle est générée automatiquement et fournit une visualisation du système de berceau, rapide et facile à comprendre.
La bille la plus à gauche est lâchée d’un angle de 45 degrés. Notez que la première et la dernière bille se déplacent à la même vitesse, puisqu’il s’agit d’un berceau de Newton idéal où il n’y a pas de perte d’énergie due au frottement.
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