La troisième équation fondamentale de la physique classique, que l'on pourrait considérer comme essentielle, est l'équation de la conservation de la quantité de mouvement ou conservation de l'impulsion.
Autrement dit, la somme des quantités de mouvement des objets avant un événement (comme une collision) est égale à la somme des quantités de mouvement après l'événement, tant qu'aucune force extérieure n'intervient.
Cette loi est particulièrement utile dans l'étude des collisions (élastiques et inélastiques) et des explosions. Par exemple, si deux objets entrent en collision, la conservation de la quantité de mouvement permet de calculer les vitesses finales des objets après l'impact, à condition de connaître leurs masses et vitesses initiales.
p = mv
• p est la quantité de mouvement, ou impulsion de l'objet, exprimée en kilogrammes mètres par seconde (kg·m/s),
• m est la masse de l'objet, en kilogrammes (kg),
• v est la vitesse de l'objet, en mètres par seconde (m/s).
Considérons deux objets de masses m1 et m2 se déplaçant avec des vitesses initiales v1 et v2. Après la collision, leurs vitesses sont v'1 et v'2.
La conservation de la quantité de mouvement nous dit que : m1 v1 + m2 v2 = m1 v'1 + m2 v'2
L'énergie cinétique totale du système est conservée avant et après la collision.
Cette équation, associée à l'énergie cinétique si la collision est élastique, permet de déterminer les vitesses des deux objets après l'impact.
La vitesse est une grandeur vectorielle parce qu'elle décrit non seulement la rapidité avec laquelle un objet se déplace mais aussi la direction dans laquelle il se déplace. Cela est essentiel pour décrire le mouvement complet d'un objet dans un espace tridimensionnel.
Comme la vitesse ($ \vec{v} $) est une grandeur vectorielle, la quantité de mouvement ($ \vec{p} $) doit également être un vecteur. La direction et la magnitude de p sont déterminées par celles de v.
Les collisions sont des interactions où deux ou plusieurs objets entrent en contact et échangent de l'énergie et de la quantité de mouvement. On distingue principalement deux types de collisions en fonction de la conservation de l'énergie cinétique : les collisions élastiques et les collisions inélastiques.
Dans une collision élastique, l'énergie cinétique totale du système est conservée avant et après la collision. Cela signifie que l'énergie cinétique totale des objets impliqués dans la collision reste constante, bien que l'énergie puisse être redistribuée entre les objets sous forme de mouvements et de vitesses différentes.
Exemples : Collisions entre balles de billard ou collision entre des particules dans un gaz.
Dans une collision inélastique, l'énergie cinétique totale n'est pas conservée. Une partie de l'énergie cinétique est transformée en d'autres formes d'énergie, telles que l'énergie thermique, sonore, ou l'énergie de déformation. Les objets peuvent se déformer, chauffer, ou produire du bruit.
Exemples : Collision entre véhicules dans un accident de voiture où les voitures se déforment et chauffent ou impact d'une balle de tennis contre un mur où la balle change de forme.
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