Des balles qui rebondissent

Pourquoi les balles rebondissent-elles ? Et pourquoi certaines d’entre elles ont des rebonds bien plus impressionnants que d’autres ? Tout ceci est une question d’énergie et d’élasticité. Avant de t’expliquer la physique qui se cache derrière les balles rebondissantes, est-ce que tu sais depuis quand elles existent ?

Un peu d’histoire

Il y a très longtemps, en Amérique du Sud, les Aztèques fabriquaient du caoutchouc grâce à la sève d’un arbre appelé l’hévéa. A partir de ce caoutchouc, ils confectionnaient de petites balles qui avaient le « pouvoir » de rebondir, et qu’ils utilisaient pour jouer, un peu comme au basket. Sauf que le jeu consistait à faire rebondir la balle… sur leurs fesses !

Lorsque les conquistadores espagnols débarquèrent en Amérique du Sud et qu’ils découvrirent ce jeu bien étrange, ils pensèrent que ces balles devaient certainement être possédées par des « esprits malins ».
Aujourd’hui, nous savons qu’il n’y a rien de maléfique dans le rebond de ces petites balles, mais que c’est bien une histoire de physique qui se cache derrière !

Une question d’énergie

Pour qu’une balle puisse rebondir, elle a besoin d’énergie. Oui, mais d’où vient-elle ?
Quand tu lâches une balle, elle se dirige vers le sol à cause de la force de pesanteur, plus communément appelée la gravité. Cette force fournit ainsi à la balle de l’énergie, dite « énergie potentielle de pesanteur », qui dépend de la hauteur à laquelle tu lâches la balle. Plus la hauteur est élevée, plus l’énergie est forte.
De plus, lors de la descente vers le sol, ta balle va acquérir de la vitesse, c’est-à-dire de l’énergie dite « cinétique ». Plus la vitesse est grande, plus l’énergie est forte.
Donc, quand tu lâches ta balle, elle gagne de la vitesse et perd de l’altitude. En d’autres termes, elle gagne de l’énergie cinétique et perd de l’énergie potentielle.
Puis, c’est le choc entre ta balle et le sol. Si toute l’énergie est transmise au sol lors de cet impact, la balle ne pourra pas rebondir. Par contre, si de l’énergie est conservée par la balle après le choc, alors, elle rebondira. La question maintenant est de savoir comment conserver cette énergie ?

Une question d’élasticité

Lâche une tomate sur le sol, elle ne rebondira pas… Lâche une balle de tennis sur ce même sol, elle rebondira. Enfin, lâche une balle rebondissante, elle rebondira encore plus que la balle de tennis ! Nous venons de voir que tout ceci s’explique par la conservation d’une partie de l’énergie lors du choc. Si certaines balles ont la capacité de rebondir plus que d’autres, c’est-à-dire de conserver plus d’énergie que d’autres, c’est grâce à leur structure.

En effet, une balle est élastique, c’est-à-dire que le matériau qui la constitue peut se déformer. De plus, l’intérieur de la balle contient de l’air qui est également élastique. Lors d’un impact, tu ne le vois pas, mais la balle s’aplatit contre le sol. A l’intérieur, l’air a alors moins de place : il est comprimé. Puis, un peu comme un ressort, l’air va se détendre et la balle va reprendre sa forme ronde en repoussant le sol : c’est le rebond !

Voici une petite vidéo qui illustre mon propos :
Une balle de golf est lancée à une très grande vitesse (240 km/h) sur une plaque d’acier. Elle est totalement déformée lors du choc, mais reprend ensuite petit à petit sa forme initiale.

Les balles rebondissantes ont des rebonds bien plus élevés que d’autres balles car elles sont constituées de matériaux particuliers, les polymères, qui les rendent très élastiques. Lors du choc avec le sol, elles ne se déforment quasiment pas et ne perdent ainsi que très peu d’énergie. Le caoutchouc est la matière utilisée pour fabriquer ces « super-balles » que tu trouves dans le commerce, mais d’autres éléments peuvent également être utilisés, tel que la colle à bois et le borax.

Une balle ne rebondira pas éternellement. A un moment donné, son mouvement va s’arrêter. En effet, à chaque impact avec le sol, la balle perd un peu d’énergie et les rebonds sont de moins en moins élevés. Au bout d’un certain temps, toute l’énergie a été transmise au sol, c’est la fin du rebond…

Pour finir, je te laisse découvrir une vidéo qui montre qu’en superposant 2 balles de taille différente (la plus petite au-dessus de la plus grosse), la petite balle est propulsée en l’air à une hauteur surprenante lorsque tu les lâches sur la table.

Je te laisse aussi découvrir les explications de ce phénomène sur le blog « Science étonnante » : http://sciencetonnante.wordpress.com/2010/10/07/une-experience-de-mecanique-avec-deux-balles/.

Texte : Amélie Cabasse – Voyages au cœur de la Science
Illustration : Stéphanie Dubut – Stef Comics