Balle rebondissante : perte d'énergie à l'impact
1 · Prédire
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 ?
- 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).
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage Bouncing Ball. Notez la hauteur de départ de la balle au-dessus du sol et sa masse.
- Confirmez que la sonde de hauteur est fixée au ballon : elle indique la hauteur du ballon au-dessus du sol en mètres.
- Exécutez la simulation et laissez la balle tomber et rebondir. Faites une pause au sommet du premier rebond et enregistrez la hauteur maximale atteinte.
3 · Collecter les Données
| Messe (kg) | Hauteur de chute (m) | PE gravitationnelle (J) | Hauteur de rebond (1er rebond) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
Graphiquez la hauteur de rebond (axe Y) par rapport à la hauteur de chute (axe X) pour vos trois essais. Décrivez la forme de la ligne.
4 · Analyser
- 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 ?
5 · Approfondir
- 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 ?
La physique derrière cette expérience
Énergie potentielle gravitationnelle
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
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.