Le moment cinétique, également connu sous le nom de moment angulaire décrit la façon dont les objets tournent : c'est une sorte de "pouvoir de rotation" pour un objet en mouvement circulaire. Les objets grands et lourds qui tournent rapidement possèdent une grande "pouvoir de rotation".

Imagine que tu es sur un manège dans une aire de jeux. Si tu te tiens près du bord pendant que le manège tourne, tu sens qu’il te pousse vers l'extérieur. Mais si tu te rapproches du centre, le manège commence à tourner plus vite sans que personne ne pousse. Cela se produit parce qu'en te rapprochant du centre, tu aides le manège à tourner plus rapidement. C’est là qu'intervient le moment cinétique.

La taille de moment cinétique dépend de trois facteurs :

1. La masse de l'objet en rotation: Plus l'objet est massif, plus son moment cinétique est grand. À vitesse égale, un objet lourd aura un moment cinétique supérieur à celui d'un objet plus léger.

2. La vitesse de rotation de l'objet: Plus l'objet tourne rapidement, plus son moment cinétique augmente, c'est-à-dire qu'il gagne en "pouvoir de rotation".

3. La distance de la masse par rapport au centre de rotation : C'est la distance entre le centre du cercle et l'objet, comme une balle qui tourne au bout d'une corde. Si la masse est éloignée du centre, ou si l'objet en rotation est large, le moment cinétique augmente. Plus la masse est loin du centre, plus la rotation a de “pouvoir”.

Dans l'image ci-dessous, les objets à droite ont un moment cinétique plus faible que ceux de gauche, s'ils tournent tous à la même vitesse.

Le moment cinétique est une grandeur vectorielle parce que la direction de la rotation est importante. Nous représentons une grandeur vectorielle avec une petite flèche. Tu te souviens de ce qu’est un vecteur ? Nous en avons parlé dans l’article Échelles de mesure et vecteurs. Dans le cas du moment cinétique, le vecteur montre la “force” et la “direction” de la rotation.

Quelle est la direction de la rotation ?

Imagine une balle qui tourne attachée à une corde. La direction du moment cinétique n’est ni le long de la corde ni le long du cercle: elle est situé le long de l'axe de rotation, une ligne imaginaire autour de laquelle se fait la rotation. Quand un objet tourne, toutes ses parties se déplacent en cercle autour de la ligne centrale, l'axe de rotation, qui elle, reste fixe.

Nous trouvons le sens du moment cinétique avec la “règle de la main droite” :

• Tends ta main droite et courbe les doigts dans le sens de la rotation.
• Ton pouce, pointé vers l'extérieur, indique la direction du vecteur du moment cinétique !

Ainsi, si une toupie tourne dans le sens des aiguilles d'une montre sur une table, le vecteur du moment cinétique pointe vers le haut.

Voici quelques exemples :

Le moment cinétique suit une règle appelée loi de conservation du moment cinétique. Cette loi indique que le moment cinétique ne disparaît pas : il reste constant tant qu’aucune force externe ne l’altère. En d'autres termes, si un objet commence à tourner, il continuera de tourner avec le même moment cinétique, sauf si quelque chose l’arrête ou le ralentit.

Un excellent exemple de cette loi est celui des patineurs ou des danseurs qui tournent avec les bras étendus.

Quand ils rapprochent leurs bras de leur corps, ils tournent plus vite. Lorsqu’ils les étendent à nouveau, ils ralentissent. Bien que leur vitesse change, leur moment cinétique reste le même. Ils contrôlent leur vitesse en modifiant la distance de leurs bras par rapport à leur corps : en rapprochant leurs bras, ils tournent plus vite (car ils se rapprochent du centre), tandis qu’en les écartant, ils ralentissent (car leur corps s’élargit). Essaie toi-même !