Mécanique

Bille rebondissante

Observez chaque rebond être un peu plus bas à mesure que l'énergie est perdue.

Bille rebondissante — simulation interactive de Mécanique. Observez chaque rebond être un peu plus bas à mesure que l'énergie est perdue. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Perte d'énergie aux rebonds

Une bille rebondissante perd de l'énergie mécanique à chaque impact lorsque le coefficient de restitution est inférieur à 1. Chaque rebond atteint une hauteur plus basse.

L'énergie cinétique se convertit en énergie potentielle au sommet de chaque rebond, mais la collision avec le sol est inélastique. Un coefficient de restitution inférieur à 1 signifie que la bille quitte le sol plus lentement qu'elle n'est arrivée, donc la hauteur maximale diminue à chaque cycle.

• Énergie totale KE + PE = E (diminue à chaque rebond)
• Restitution e < 1

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Lorsqu’une balle tombe et rebondit sur le sol, rebondit-elle à la même hauteur d’où elle a été lâchée, à une hauteur plus élevée ou à une hauteur plus basse ?

Des pronostics à peser

• Il rebondit à la même hauteur (aucune énergie n'est perdue).
• Il rebondit plus haut que la hauteur de chute.
• Il rebondit plus bas que la hauteur de chute (une certaine énergie est perdue).

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Messe (kg)
• Hauteur de chute (m)

Ce que vous mesurez  :

• PE gravitationnelle (J)
• Hauteur de rebond (1er rebond) (m)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage Bouncing Ball. Notez la hauteur de départ de la balle au-dessus du sol et sa masse.
2. Confirmez que la sonde de hauteur est fixée au ballon  : elle indique la hauteur du ballon au-dessus du sol en mètres.
3. Exécutez la simulation et laissez la balle tomber et rebondir. Faites une pause au sommet du premier rebond et enregistrez la hauteur maximale atteinte.

Équation gouvernante

Énergie potentielle gravitationnelle — PE = m·g·h

L'énergie stockée dans la hauteur de la balle au-dessus du sol juste avant son lancement — c'est le budget énergétique disponible pour être converti en énergie cinétique pendant la chute et, après le rebond, de nouveau en hauteur.

Énergie cinétique — KE = ½·m·v²

L'énergie du mouvement de la balle. Juste avant l'impact, pratiquement tout le PE de la goutte a été converti en KE  ; le rebond ne renvoie alors qu'une fraction de ce KE, c'est pourquoi le rebond n'atteint pas la hauteur de chute.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour chaque rangée, divisez la hauteur de rebond par la hauteur de chute. Que remarquez-vous à propos de ce ratio au cours de vos trois essais ?
• La restitution de la balle est 0.8. Mettez cette valeur au carré et comparez-la au rapport que vous avez calculé ci-dessus. Quelle relation trouvez-vous ?

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Si le rapport de hauteur que vous avez trouvé reste constant rebond après rebond, prédisez la hauteur maximale du *second* rebond pour votre premier essai. Combien de rebonds faudrait-il avant que la hauteur du pic ne descende en dessous de 1 cm ?
• Une vraie balle lâchée perd également un peu d'énergie à cause de la résistance de l'air et du bruit à chaque rebond. Vous attendriez-vous à ce que les hauteurs de rebond d'une balle réelle diminuent plus rapidement ou plus lentement que le modèle e² idéalisé que vous avez trouvé ici ?

• AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
• AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
• IB Physics — A.3 Work, energy and power
• General High School Physics — Work, energy & power
• NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
• Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
• Middle School Physical Science — Kinetic energy
• Middle School Physical Science — Energy in, energy out

1. Bienvenue à la bille rebondissante
2. Sélectionnez la bille
3. Appuyez sur Lecture
4. Rebonds amortis
5. Ouvrez les données
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Conservation de l'énergie