Les lois du mouvement de Newton

Source : Andrew Duffy, Ph.d., département de physique, Université de Boston, Boston, MA

Cette expérience porte sur diverses situations impliquant deux objets qui interagissent.

Tout d’abord, l’expérience examine les forces que deux objets s’appliquent à un autre alors qu’ils entrent en collision. Les objets sont des bacs roulants qui ont une masse variable. Le but de cette expérience consiste à découvrir quand la force que la première charrette exerce sur l’autre est la même grandeur que la force que le deuxième chariot exerce sur le premier, ainsi que lorsque ces deux forces ont des amplitudes différentes.

Deuxièmement, il examine les forces que deux objets exercent sur eux lorsqu’un chariot est pousser ou tirer l’autre. Encore une fois, l’accent est mis sur l’explorer les situations dans lesquelles les deux forces ont la même grandeur et dans lesquels ils ont des amplitudes différentes.

L’objectif principal de cette étude est d’explorer la troisième loi de Newton.

L’appareil est constitué de deux chariots, chacune avec un capteur de force, monté sur le dessus (Figure 1). Les capteurs de force sont connectés à un ordinateur via une interface d’ordinateur dédié. Chaque capteur de force mesure la force exercée sur elle par l’autre capteur de force lors de la collision ou la situation de pousser/tirer.

Figure 1. Le menu de base. Les éléments clés de l’appareil sont les deux bacs roulants, chacune avec un capteur de force, monté sur le dessus et une interface d’ordinateur.

1. collision Situations

1. Visser un pare-chocs en caoutchouc (Figure 1) dans chaque capteur de force.
2. La valeur de chaque capteur de force sur le paramètre 50-N.
3. Zéro avant chaque essai, les capteurs de force en appuyant sur le bouton « Zéro » à côté de la flèche verte qui commence la collecte des données.
4. Vérifier que le sens positif (c'est-à-dire, à droite) est défini correctement pour chaque capteur de force.
   1. Appuyez sur le capteur de force monté à droite du chariot ; Cela devrait aboutir à une lecture de force positive. Appuyez sur le capteur de force monté sur la gauche du chariot ; Cela devrait aboutir à une lecture de force négative.
   2. Si les deux sont mauvais, il suffit d’inverser la position du chariot.
5. Si seulement on ne va pas, allez au menu « expérience » et sélectionnez « Installation capteurs. » Choisissez le capteur de force appropriée et sélectionnez « Sens inverse ».
6. La première collision implique des charrettes de masse égale. Désigner un chariot pour être stationnaire avant l’abordage. Le panier d’autre auront une vitesse initiale vers le panier stationnaire afin que les charrettes entrent en collision.
7. Cliquez sur le bouton de « Rassembler » (la flèche verte) avant de pousser un chariot envers l’autre. Donner un panier petit coup, relâchez la charrue et observer la collision. Valeurs de force maximale entre environ 8 et 20 N doivent être observées dans un essai typique. Ajuster la pression si les valeurs de force maximale sont beaucoup plus petits qu’ou beaucoup plus grande que cette plage.
8. Après la collision, l’ordinateur affiche un graphique de « force / temps, » selon l’enregistrement de chaque capteur de force.
   1. Si les graphiques ne s’affichent pas, inversez le déclenchement.
   2. Après avoir frappé le bouton « Recueillir », aucune donnée ne figure en fait jusqu'à ce que l’un des capteurs de force enregistre une valeur au-dessus (ou au-dessous) un certain niveau de détente. Toutefois, si le seuil de déclenchement est défini à une valeur positive et le capteur de force est seulement donner des valeurs de force négative, ou vice versa, l’ordinateur ne sera jamais recevoir le signal de dire les choses pour enregistrer des données.
   3. Pour vérifier ou infirmer, le réglage de la détente, appuyez sur l’icône « Collecte de données » (immédiatement à la gauche du bouton « Zéro ») et sélectionnez l’onglet « Déclenchement ».
9. Les deux options utilisées dans cette expérience sont « Augmentant entre 0,2 N » et « Diminutions entre -0,2 N. » Si l’un de ces paramètres n’est pas causer le déclenchement nécessaire, passer à l’autre.
   1. Dans la deuxième collision, le chariot fixe devrait avoir 2 - 3 fois la masse du chariot qui se déplace avant l’abordage. Pour ce faire, ajouter une ou plusieurs masses au panier stationnaire. Répétez le processus (voir la procédure ci-dessous).
   2. Désigner le chariot de masse plus élevée d’être stationnaire avant l’abordage.
   3. Cliquez sur le bouton « Récupérer » et pousser le panier inférieur-masse vers le chariot de masse plus élevée.
   4. L’ordinateur affiche les deux graphiques « force / temps ».

Dans la troisième collision, le chariot qui se déplace avant l’abordage devrait avoir 2 - 3 fois la masse du chariot fixe. Atteindre cet objectif en transférant le poids supplémentaire d’un panier à l’autre. Répétez le processus de la collision et collecte des données.

2. en poussant et en tirant des Situations

1. Remplacer les amortisseurs en caoutchouc sur chaque capteur de force avec des crochets.
2. Accrochez les charrettes ensemble pour permettre à un chariot à pousser ou tirer l’autre chariot.
3. Inverser la condition déclenchante, tel que décrit à l’étape 1.8.
4. Démarrer avec chariots de masse égale.
5. Cliquez sur le bouton « Collect ».
6. Soit tirer ou pousser un des charrettes pour qu’il tire ou pousse l’autre chariot, respectivement ou rock en arrière alors qu’il y a tant en tirant et en poussant se produisent.
7. Donner le chariot étant tiré ou poussé 2 - 3 fois la masse de l’autre chariot. Répétez le processus de collecte de données.
   1. Enregistrer les données de « force / temps » pour ce scénario en poussant/tirant.
8. Donner la charrue faisant le tirant ou poussant les 2 - 3 fois la masse de l’autre chariot. Répétez le processus de collecte de données.
   1. Enregistrer les données de la « force / temps » dans ce scénario en poussant/tirant.

Troisième loi de Newton stipule que chaque fois que deux objets interagissent, le deuxième objet exerce une force sur le premier objet qui est égale en grandeur et en face en direction de la force que le premier objet exerce sur la seconde. C’est simple à l’État, mais il peut être difficile à accepter. Par exemple, on suppose souvent que la force qu'un objet plus grand exerce sur un objet plus petit est supérieure à la force que du plus petit objet exerce sur l’objet plus grand.

Figure 2. Résultat de la première collision. Les forces subies par les charrettes sont égales et opposées.

Figure 3 . Résultat de la seconde collision. Les forces subies par les charrettes sont égales et opposées.

Figure 4 . Résultat de la troisième collision. Les forces subies par les charrettes sont égales et opposées.

Figure 5 . Résultat de la première situation poussant/tirant. Les forces subies par les charrettes sont égales et opposées.

Figure 6 . Résultat de la deuxième situation poussant/tirant. Les forces subies par les charrettes sont égales et opposées.

Figure 7 . Résulter de la troisième poussant / tirant situation. Les forces subies par les charrettes sont égales et opposées.

Le concept abordé dans cette expérience, à savoir que, dans toutes les interactions, la force d’un objet s’applique à l’autre est égale en grandeur et en face en direction de la force exercée par l’objet second retour sur le premier, a de nombreuses applications. Par exemple, (1) la force gravitationnelle, que le soleil s’applique à la terre est égale et opposée à la force gravitationnelle de que la terre s’applique au soleil. (2) la force gravitationnelle de que la terre s’applique à la lune est égale et opposée à la force gravitationnelle, la lune s’applique à la terre. (3) la force gravitationnelle de que la terre exerce sur une pomme est égale et opposée à la force gravitationnelle, la pomme s’applique à la terre. (4) dans une collision, par exemple qu’entre une voiture et un camion dans la rue ou qu’entre deux joueurs de football, les forces sont toujours égales et opposées, n’important comment comparent les masses. (5) lorsqu’une personne se tient sur un plancher ou est assis sur une chaise, la force exercée sur que personne par la parole ou de la chaise est égale et opposée à la force, la personne exerce sur le plancher ou le Président.