Quantité de mouvement
«La force inhérente à la matière (vis insita) est le pouvoir qu'elle a de résister. C’est par cette force que tout corps persévère de lui-même dans son état actuel de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite.»
Isaac Newton
L'espace est homogène, c'est tout du moins ce que nous constatons quand nous observons la nature. La physique postule que quel que soit l'endroit où nous sommes, les lois qui gouvernent le monde sont les mêmes.
L'homogénéité de l'espace induit une invariance par translation, ce qui par la même occasion garantit la conservation de la quantité de mouvement. Cela se traduit directement par l'absence de variation de la quantité de mouvement sur le centre de masse d'un système isolé.
La quantité de mouvement est conservée lorsque sa variation instantanée est nulle.
La direction du mouvement d'un corps peut être juxtaposée à la direction de sa vitesse. La quantité de mouvement d'un corps est en effet “orientée” dans la direction de son déplacement 🚀 Comme l'a précisé Newton dans son principe de la dynamique, le rapport entre la quantité de mouvement et la vitesse d'un corps correspond à la masse du corps.
Introduction à la notion de force énoncée par Newton
Cela permet de définir un système isolé comme étant un système sur lequel la résultante des forces extérieures est nulle.
• On dit qu'un système est isolé s’il n'échange ni matière, ni chaleur, ni travail avec l'extérieur. L'univers dans son ensemble est considéré comme un système isolé.
• Un système fermé peut quant à lui échanger de la chaleur ou du travail avec l'extérieur.
Impulsion et quantité de mouvement
Autres principes de conservation
En physique, il existe d'autres principes de conservation.
• La conservation du moment cinétique qui est due à une invariance par rotation dans l'espace. L'espace est isotrope et les lois de la nature ne changent pas en fonction de la direction dont on regarde le monde.
• La conservation de l'énergie qui est due à une invariance par translation dans le temps. Les lois de la nature ne varient pas dans le temps.
La désintégration d'un atome il y a 10 milliards d'années est la même que la désintégration d'un atome aujourd'hui.
L'invariance par translation dans le temps et dans l'espace induit que l'énergie globale d'un système isolé - qui correspond à la capacité à produire un travail, le travail rendant compte d'un transfert d'énergie utile à un déplacement ou plus généralement à un changement d'état - se conserve.
Cependant avec le temps, l'énergie se dégrade c'est à dire que l'entropie augmente. La quantité de désordre d'un système isolé ne peut jamais diminuer.
Un exemple, les chocs élastiques
Un choc élastique est une collision qui respecte le principe de conservation de l'énergie. La somme des énergies cinétiques est la même avant et après la collision.
Si une pièce entre en collision avec une autre pièce de même masse et au repos, l'angle séparant leurs deux trajectoires après la collision sera de 90°.
La quantité de mouvement du système reste la même alors que celles des énergies prises individuellement varient.
Le pendule de Newton.
(music : Arcade fire)
Référentiel galiléen
La caractère homogène et isotrope de l'espace permet de définir un type de référentiel particulier que l'on appelle inertiel ou galiléen, en hommage à Galilée.
Dans un référentiel galiléen, on décide que le principe d'inertie tel que défini par Newton est vérifié, c'est-à-dire qu'un corps sur lequel on n'exerce aucune force reste en mouvement rectiligne uniforme ou reste au repos, le repos étant un cas particulier.
Un corps avec un mouvement rectiligne uniforme a une vitesse constante dans n'importe quel référentiel galiléen, le référentiel particulier dans lequel il a une vitesse nulle, étant qualifié comme étant son référentiel propre.
Source : Les idées froides