9.5 : Conservation de la quantité de mouvement : Introduction

La quantité de mouvement totale d'un système composé de N objets en interaction est constante dans le temps ou est conservée. Un système doit répondre à deux conditions pour que sa quantité de mouvement soit conservée :

1. La masse du système doit rester constante pendant l'interaction. Lorsque les objets interagissent (en s'appliquant mutuellement des forces), ils peuvent transférer de la masse d'un objet à un autre ; mais toute masse gagnée par un objet est compensée par la perte de cette masse par un autre objet. La masse totale du système d'objets doit donc rester inchangée au fil du temps.
2. La force nette externe agissant sur le système doit être nulle. Lorsque les objets entrent en collision, explosent et se déplacent, ils exercent des forces les uns sur les autres. Cependant, toutes ces forces sont internes au système, et donc chaque force interne est compensée par une autre force interne de même magnitude et de sens opposé. Par conséquent, le changement de quantité de mouvement causé par chaque force interne est annulé par un autre changement de quantité de mouvement de même magnitude et de direction opposée. Par conséquent, les forces internes ne peuvent pas changer la quantité de mouvement totale d'un système car les changements se compensent pour donner zéro. Cependant, s'il existe une force externe agissant sur tous les objets (par exemple, la gravité ou le frottement), alors cette force modifie la quantité de mouvement du système dans son ensemble. Autrement dit, la quantité de mouvement du système est modifiée par la force externe. Ainsi, pour que la quantité de mouvement du système soit conservée, la force nette externe doit être nulle.

Un système d'objets qui répond à ces deux conditions est dit être un système fermé (ou un système isolé), et la quantité de mouvement totale d'un système fermé est conservée. Toutes les preuves expérimentales confirment cette affirmation : des mouvements des amas galactiques aux quarks constituant le proton et le neutron, et à chaque échelle intermédiaire. Notez qu'il peut y avoir des forces externes agissant sur le système, mais pour que la quantité de mouvement du système reste constante, ces forces externes doivent s'annuler de sorte que la force nette externe soit nulle. Par exemple, les billes de billard sur une table sont toutes soumises à une force de poids, mais les poids sont compensés (annulés) par les forces normales, il n'y a donc pas de force nette.

Ce texte est adapté de Openstax, University Physics Volume 1, Section 9.3: Conservation of Linear Momentum.