La quantité de mouvement est l’un des principes les plus fiables de la physique : dans un système fermé, quels que soient les chocs, les rebonds ou les objets qui restent accrochés, la quantité de mouvement totale avant une interaction est toujours égale à celle d’après. Cette règle, appelée conservation de la quantité de mouvement, permet de prévoir l’issue d’une collision sans connaître les forces qui se sont exercées pendant l’impact.

Ce que mesure la quantité de mouvement

La quantité de mouvement (p = mv) combine la masse en mouvement et la vitesse à laquelle elle se déplace. Un camion lourd avançant au pas dans un parking et un vélo léger dévalant une pente peuvent avoir une quantité de mouvement similaire, malgré des vitesses très différentes : masse et vitesse se compensent. Comme la vitesse est un vecteur, la quantité de mouvement l’est aussi : deux objets de même masse et de même vitesse se dirigeant l’un vers l’autre ont des quantités de mouvement de sens opposés, qui peuvent s’annuler en partie ou complètement lorsqu’on les additionne.

Pourquoi la quantité de mouvement totale ne change pas

La troisième loi de Newton affirme que toute force s’accompagne d’une force de réaction égale et opposée. Pendant une collision, quelle que soit la force exercée par l’objet A sur l’objet B, l’objet B exerce sur A une force exactement opposée, pendant la même durée. Ces forces modifient la quantité de mouvement de chaque objet de valeurs égales et opposées; la quantité de mouvement totale du système — la somme de celles des deux objets — ne change donc jamais, quelle que soit la complexité ou la violence du choc. Cela vaut pour une collision élastique (avec rebond, où l’énergie cinétique est conservée) comme pour une collision inélastique (où les objets se déforment ou restent accrochés, et où l’énergie cinétique se dissipe sous forme de chaleur et de son).

Les collisions parfaitement inélastiques

La collision la plus simple à analyser est la collision parfaitement inélastique : les deux objets restent accrochés et se déplacent ensuite comme une seule masse combinée. Ils partagent alors une vitesse commune, obtenue en divisant la quantité de mouvement totale avant le choc par la masse totale des deux objets. Les spécialistes de l’analyse des accidents de la route, les enquêteurs en balistique et les étudiants en physique s’appuient sur ce principe pour reconstituer un impact à partir de mesures prises avant et après, sans avoir à connaître les détails complexes des forces qui se sont exercées pendant la collision.