Impulsion

 

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Théorie cinétique des fluides

Prends la masse d'un objet, multiplie la par la vitesse à laquelle se déplace cet objet, et tu obtiens cette quantité fondamentale que les physiciens appellent "impulsion p" : p = m×v. En quoi cette quantité est importante? Eh bien à cause d'un théorème qui dit que l'impulsion de tout système isolé ne peut changer. Si l'impulsion a une certaine valeur, et si le système n'est soumis à influence extérieure, alors cette valeur sera toujours la même quoi qu'il arrive à l'intérieur de ce système.

Commode non? Cette conservation de l'impulsion se nomme aussi "principe d'action et de réaction". Si le système est isolé et que l'impulsion varie quelque part à l'intérieur du système, alors il doit y avoir une variation exactement égale mais opposée en signe autre part, de manière à ce que l'impulsion totale reste toujours invariante.

Shuttle.gif (59018 octets)Un exemple? Prends la navette spatiale immobile sur son pas de tir. Quelle est son impulsion? Nulle bien sûr puisque sa vitesse est nulle. Imagines maintenant qu'une pauvre cloche appuie quelque part sur un bouton rouge. Que va-t-il se passer? La navette décolles bien sûr! Pourquoi? Tout simplement parce que les réacteurs s'allument et se mettent à cracher une certaine masse m de gaz, fournissant une impulsion p = m×v. Oui, mais voilà, l'impulsion au départ était nulle et doit toujours le rester. Il faut donc que la navette acquière elle aussi de l'impulsion pour compenser l'impulsion de la masse gazeuse. Soit M et V la masse et la vitesse V de la navette. Conserver l'impulsion signifie que la somme m×v + M×V soit nulle, puisque qu'avant l'allumage, la vitesse des gaz et de la navette étaient rigoureusement nulle. La vitesse de la navette sera donc V = -v×(m/M), c'est à dire d'autant plus grande, que la masse de gaz rejetée ou la vitesse d'éjection sera grande et que la masse de la navette sera petite. Le signe moins est aussi nécessaire pour te rappeler que si les gaz sont émis en direction de la terre, la navette elle va se déplacer dans la direction exactement opposée, c'est à dire vers les étoiles!

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Le phénomène de conservation de l'impulsion intervient dans de multiples domaines, depuis la propulsion à réaction, en passant par le jeu de billard ou la pétanque, sans oublier bien sûr le tir au fusil ou à la mitraillette lourde!!!

La notion d'impulsion est aussi fondamentale pour une autre raison. Que se passe-t-il lorsque l'impulsion varie dans le temps, pour une raison ou une autre? Autrement dit quel concept se cache derrière le taux de variation de l'impulsion par unité de temps et a donc pour unité kg.m.s-2? Il s'agit de la notion de force bien sûr et de la fameuse loi de Newton: f = Dp/Dt. En d'autres termes, si l'impulsion varie, c'est que le système est soumis à une certaine force qui est justement de taux de variation de l'impulsion par unité de temps. C'est d'ailleurs avec cette écriture que tu es le mieux à même de comprendre pourquoi l'impulsion doit se conserver. En effet si le système est isolé, alors aucune force n'agit sur lui et donc f = Dp/Dt = 0. Mais si la variation d'impulsion est nulle, c'est que l'impulsion est constante et donc se conserve. CQFD

Mais peut être as tu appris la loi de Newton sous une autre forme: f = m×g, où g est l'accélération du système égale au taux de variation de la vitesse dans le temps g = Dv/Dt? Commes tu peux le vérifier au moyen des unités les deux définitions sous-tendent le même concept: une force. Quel est donc la meilleure définition, la première avec l'impulsion ou la deuxième avec l'accélération? A première vue cela ne fait aucune différence, puisque si g = Dv/Dt, alors f = m×g = (m×Dv)/Dt, et comme Dp = m×Dv, il n'y a pas besoin d'être Einstein pour écrire f = m×g = Dp/Dt. Tu as dit Einstein? Es tu bien sûr que le Grand Albert aurait écris cela? Non, il aurait écrit Dp = m×Dv + v×Dm, et donc f = m×g + Dm/Dt!!! Ce n'est en effet que lorsque Dm ~ 0 (vitesses non relativistes, c'est à dire très faibles devant la vitesse de la lumière), que f ~ m×g. La seule formulation correcte est donc bien f = Dp/Dt, qui s'applique quelle que soit la vitesse de la masse.

Comprends tu maintenant mieux que la notion d'impulsion est beaucoup plus féconde que les notions très élémentaires de vitesse et d'accélération? Faire de la physique, c'est aussi chercher parmi de multiples formulations possibles, celle qui est la plus économe et la plus féconde pour comprendre le monde qui t'entoure.

undercon.gif (4369 octets)Cette page a été mise à jour le 08/09/99.