ÉNERGIE CINÉTIQUE DES IMPACTS D’ASTÉROÏDES SUR LA TERRE
Énergie Cinétique (Des Sciences, 6e éd., par Trefil et Hazen)
Pensez à un boulet de canon volant dans les airs. Lorsqu’elle touche une cible en bois, la balle exerce une force sur les fibres du bois, les éclatant et les écartant et créant un trou. Un travail doit être fait pour faire ce trou; les fibres doivent être écartées, ce qui signifie qu’une force doit être exercée sur la distance à laquelle elles se déplacent. Lorsque le boulet de canon frappe le bois, il fonctionne, et donc un boulet de canon en vol a clairement la capacité de faire du travail — c’est—à-dire qu’il a de l’énergie – en raison de son mouvement. Cette énergie de mouvement est ce que nous appelons énergie cinétique.
Vous pouvez trouver d’innombrables exemples d’énergie cinétique dans la nature. Une baleine se déplaçant dans l’eau, un oiseau volant et un prédateur attrapant sa proie ont tous une énergie cinétique. Il en va de même pour une voiture qui accélère, un frisbee volant, une feuille qui tombe et tout ce qui bouge.
Notre intuition nous dit que deux facteurs régissent la quantité d’énergie cinétique contenue dans tout objet en mouvement. Premièrement, les objets plus lourds qui se déplacent ont plus d’énergie cinétique que les objets plus légers: une balle de bowling voyageant à 10 m / s (un sprint très rapide) transporte beaucoup plus d’énergie cinétique qu’une balle de golf voyageant à la même vitesse. En fait, l’énergie cinétique est directement proportionnelle à la masse: si vous doublez la masse, vous doublez l’énergie cinétique.
Deuxièmement, plus quelque chose se déplace rapidement, plus la force qu’il est capable d’exercer est grande et plus il possède d’énergie. Une collision à grande vitesse cause beaucoup plus de dégâts qu’une cintreuse sur un parking. Il s’avère que l’énergie cinétique d’un objet augmente au carré de sa vitesse. Une voiture se déplaçant à 40 mi/h a quatre fois plus d’énergie cinétique qu’une voiture se déplaçant à 20 mi/h, tandis qu’à 60 mi/h, une voiture transporte neuf fois plus d’énergie cinétique qu’à 20 mi/h. Ainsi, une augmentation modeste de la vitesse peut entraîner une augmentation importante de l’énergie cinétique.
Ces idées sont combinées dans l’équation de l’énergie cinétique.
En mots : L’énergie cinétique est égale à la masse de l’objet en mouvement multipliée par le carré de la vitesse de cet objet (v2).
Sous forme d’équation: énergie cinétique (joules) = 1/2 x masse (kg) x vélocité2 (m/s)
En symboles: KE = 1/2 x m x v2
Exemples: Boules de bowling et balles de baseballQuelle est l’énergie cinétique d’une boule de bowling de 4 kg (environ 8 lb) roulant sur une piste de bowling à 10 m/ s (environ 22 mph)?
Comparez cette énergie avec celle d’un baseball de 250 grammes (environ une demi-livre) voyageant à 50 m/s (près de 110 mi/h). Quel objet ferait le plus mal s’il vous frappait (c’est-à-dire quel objet a la plus grande énergie cinétique)?
Raisonnement: Nous devons substituer des nombres dans l’équation pour l’énergie cinétique.
Solution: Pour la boule de bowling de 4 kg se déplaçant à 10 m/s :
énergie cinétique (joules) = 1/2 x masse (kg) x 2
= 1/2 x 4 kg x (10 m/s) 2 = 1/2 x 4 kg x 100m2/s2 = 200 kg-m2/s2.
Notez que : 200 kg-m2/s2 = 200 (kg-m/s2) x m = 200 N x m = 200 joules
Pour le baseball de 250 g voyageant à 50 m/s :
énergie cinétique (joules) = 1/2 x masse (kg) x 2
Un gramme est un millième de kilogramme, donc 250 g = 0,25 kg :
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énergie cinétique (joules) = 1/2 x 0,25 kg x 2500 m2/s2 = 312,5 kg-m2/s2 = 312.5 joules
Même si la balle de bowling est beaucoup plus massive que la balle de baseball, une balle de baseball percutée transporte plus d’énergie cinétique qu’une balle de bowling typique en raison de sa grande vitesse.
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Impacts d’astéroïdes sur la Terre:
Tout dans le système solaire tourne autour du Soleil. Ces chemins autour du Soleil sont appelés orbites. Une orbite est un équilibre délicat entre le mouvement vers l’avant du corps en orbite et l’attraction gravitationnelle entre le Soleil et le corps en orbite.
En raison de l’attraction gravitationnelle entre et parmi tous les corps en orbite dans le système solaire, il n’y a pas deux orbites identiques. Ces petites différences d’orbite n’affectent pas beaucoup les grandes planètes, mais les petits corps en orbite autour du Soleil – comme les astéroïdes – peuvent être fortement affectés. Les astéroïdes – emballés relativement près les uns des autres dans la ceinture d’astéroïdes – peuvent entrer en collision les uns avec les autres ou se frôler au fur et à mesure que leurs orbites se déplacent au fil du temps. Cela peut entraîner un astéroïde se heurter ou rebondir hors de Son orbite précédente et se transformer en une orbite différente appelée « traversée de la Terre ». » Le diagramme ci-dessous montre une orbite terrestre typique pour un astéroïde. Le Soleil est représenté en rouge, la Terre en vert et l’astéroïde en jaune. REMARQUE – Ce diagramme et les tailles des objets ne sont PAS à l’échelle appropriée.
De plus, dans cette figure, des objets comme Mercure, Vénus, Mars et les astéroïdes ne sont pas inclus pour plus de simplicité.
Comme vous pouvez le voir, comme la Terre et l’astéroïde tournent autour du Soleil, il y a une certaine chance qu’ils se trouvent au même endroit à la même heure un jour et qu’une collision énergétique puisse avoir lieu.
La vitesse typique d’un astéroïde sur une orbite terrestre et à proximité de la Terre est d’environ 20 km/s. L’équation de l’énergie cinétique indique que KE = 1/2 m x v2. La quadrature de la vitesse rend un grand nombre comme 20 km / s beaucoup, beaucoup plus grand.
Nous allons examiner ce qui s’est passé en Alabama à l’époque des dinosaures (en particulier il y a environ 83 millions d’années) lorsqu’un astéroïde d’environ 380 m de diamètre a frappé le centre de l’Alabama. Cet événement s’est produit à environ 20 km au nord de Montgomery, en Alabama, près de la ville de Wetumpka. Vous devriez aller sur ce lien pour en savoir plus sur cet événement avant de continuer ce laboratoire: Cliquez ici
Lorsque vous aurez fini de lire cet article en ligne sur le site Web de l’Encyclopédie de l’Alabama, vous serez prêt à faire l’activité de collecte de données dans votre livre de laboratoire. Veuillez lire et étudier l’article ci-dessus, car il sera couvert (avec le matériel ci-dessus) sur votre quiz de laboratoire.