Choc élastique vu à l'échelle atomique

[choom]

Bonjour.
Je me pose les questions suivante par simple curiosité.
Quant un objet "dur" et massif ayant une bonne vitesse cogne un autre de même masse au repos dans un choc que l'on dit "élastique", on applique simplement la conservation de l'inertie m1.v1 = m2.v2 pour en déduire la vitesse résultante sur le corps percuté (hors toutes forme de friction : pensons à des pendules alignés ).
Mais qu'en est-il au niveau atomique :
Le corps percuté avait une vitesse 0 et reçoit "immédiatement" une vitesse v2=v1 puisque m2=m1.

1) Or il doit bien y avoir un moment suffisemment court pour que l'on aie une description convenable d'une accélération de type Force = masse x accélération. Pour un matérieau avec une élasticité donnée, par exemple de l'acier de boules de pétanque, quelqu'un peut-il me donner quelle fraction de la seconde est ici en jeu, et quel est l'ordre de grandeur titanesque de l'accélération subie pour arriver à ce que le corps massif percuté passe en une si petite fraction de seconde de la vitesse 0 à par exemple 10m/s ?

2) J'imagine que c'est la structure atomique des solides qui se charge de proche en proche de transmettre couches d'électrons contre couches d'électrons voisins la poussée à une vitesse aussi grande. Quelle est la vitesse de transmission de cette onde de choc par exemple dans l'acier ?

3) dans un choc entre 2 sphères d'acier ( mettons des boules de pétanque lisses et neuves ) n'est-il pas inévitable que à chaque choc important les quelques atomes en première ligne encaissent une poussée qui excéde leur résistance cristalline de réseau et qu'au moins sur quelque microns les boules se déforment.?

S'il y a un ingénieur en résistance des matériaux dans le forum....
Merci d'avance
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je simplifie le problème en utilisant des cylindres à la place de sphères. Cela réduit le problème à une seule dimension.
Le cylindre A arrive sur le cylindre B qui est à l’arrêt.

À l’instant de contact, les deux couches atomiques externes des faces des cylindres qui se touchent se déforment linéairement et la couche de A s’arrête et celle de B prend la vitesse du cylindre qui impacte. Au niveau atomique, les couches se comportent de la même façon : les orbitales externes s’aplatissent (d’un chouia), créant des forces énormes qui arrêtent et mettent en mouvement des atomes.
Cette compression se transmet dans chaque cylindre ce qui donne lieu à une onde sonore longitudinale. Pour A l’onde se déplace vers l’arrière et pour B vers l’avant. Cela dure jusqu’à ce que les ondes arrivent à l’autre extrémité des cylindres. Donc, pour deux objets de 10 cm en acier dont la vitesse du son est de 6000 m/s, la durée est de l’ordre de 17µs.
Mais cela ne s’arrête pas là. Les ondes sonores rebondissent aux extrémités et le processus se répète. Mais je m’arrête là.

Dans le cas de sphères, l’onde produite au point d’impact se propage de façon sphérique dans la boule, en rebondissant sur les parois, ce qui rend le problème très compliqué.
Dans tous les cas, aussi bien A que B se mettent à vibrer avec des modes qui dépendent de leur forme et c’est cette vibration qui produit le son que nous entendons et dont la période et la durée sont bien plus longs que la durée de l’impact initial.

Pour ce qui est de la déformation au point d’impact, elle n’est pas nécessairement plastique. Cela dépend de la violence du choc. Par exemple, pour les billes d’un pendule de Newton, les impacts ne laissent pas de marque.
Au revoir.

[choom]

Merci LFPR pour cet éclairage.
Au revoir

[invite156cfd77]

Bonjour,

Quel mécanisme "bloque" les orbitales électroniques ? Le principe de Pauli, ou la force de Coulomb entre les couches électroniques ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Bonjour,

Quel mécanisme "bloque" les orbitales électroniques ? Le principe de Pauli, ou la force de Coulomb entre les couches électroniques ?

Re.
Je pense que c’est surtout le principe de Pauli. Le fait que comprimer un orbital implique de diminuer la longueur d’onde de l’électron qui le remplit. Et ceci demande d’augmenter son énergie. C’est cette augmentation d’énergie qui est fournie par la force et le changement de dimension.
A+

[invite156cfd77]

Merci pour l'explication, elle est d'autant plus appréciable que dans l'enseignement on présente systématiquement le principe de Pauli comme une impossibilité absolue . Mais aucune force , ou pression ne lui est associée, de fait quand on on se renseigne sur les étoiles à neutron par exemple, on se retrouve bloqué sur la notion de "pression de dégénérescence".