Laboratoire de Quantité de Mouvement & Collisions

Dans tout système fermé, la quantité de mouvement est toujours conservée en raison de la troisième loi de Newton : la force exercée par le chariot 1 sur le chariot 2 est égale et opposée à la force exercée par le chariot 2 sur le chariot 1. L'énergie cinétique, quant à elle, n'est conservée que lors de collisions parfaitement élastiques (e = 1). Dans les collisions macroscopiques réelles, l'énergie est toujours dissipée sous forme d'énergie thermique, de bruit et de déformation du matériau (e < 1). À l'échelle subatomique, les collisions entre molécules de gaz sont parfaitement élastiques, ce qui explique pourquoi les gaz ne finissent pas par s'accumuler au sol sous forme de flaques froides de matière statique.

Le coefficient de restitution e est le réglage central de cet outil. C'est simplement la vitesse de séparation divisée par la vitesse d'approche : e = 1 correspond à un rebond parfait (une balle super-rebondissante), tandis que e = 0 signifie que les chariots restent collés comme de l'argile humide. On peut le mesurer chez soi : lâchez une balle et divisez la hauteur de rebond par la hauteur de chute, ce qui donne e². Un ballon de basket qui remonte à environ 64% de sa hauteur de chute a e ≈ 0.8.

L'assistance gravitationnelle d'une sonde suit exactement ces règles sans le moindre contact. Dans le référentiel de la planète, le survol est parfaitement élastique (e = 1) : la sonde repart à la vitesse à laquelle elle est arrivée, simplement redirigée. Mais dans le référentiel du Soleil, elle peut gagner près du double de la vitesse orbitale de la planète. Voyager 2 a ainsi gagné environ 10 km/s près de Jupiter — emprunté au mouvement orbital de la planète, qui a ralenti en retour d'une quantité totalement négligeable.