Pourquoi Une Balle En Caoutchouc Rebondit-Elle Alors Qu’Une Balle En Fer Ne Rebondit-Elle Pas?

Que vous vous divertissiez par un après-midi pluvieux en faisant rebondir une balle sur le mur ou en regardant un match de baseball passionnant, nous avons tous été divertis d’innombrables façons par ce jouet sphérique banal. Le plus agréable de tous, cependant, peut être de faire rebondir une balle en caoutchouc avec beaucoup de force et de la regarder caréner dans toutes les directions. Malheureusement, vous ne pouvez pas vous amuser autant avec une balle en plastique ou en métal.

Cela pose la question, bien sûr, qu’est-ce qui rend une balle en caoutchouc si spéciale? Pourquoi les balles en caoutchouc sont-elles les jouets rebondissants ultimes? Deux facteurs contribuent au rebond; l’un est l’élasticité du matériau à partir duquel la balle est fabriquée et l’autre est lié à l’interaction entre la force à laquelle elle rebondit et cette élasticité.

Qu’Est-Ce Qui Rend Le Caoutchouc Élastique?

L’élasticité fait référence à la préparation / rapidité avec laquelle un matériau retrouve sa forme d’origine après avoir été comprimé ou étiré. Le caoutchouc est constitué de longues cordes de carbone enchevêtrées attachées à différents points de sa longueur à d’autres cordes de carbone. En tant que tel, le caoutchouc a des liaisons moléculaires très fortes. Les longues chaînes moléculaires du caoutchouc peuvent tourner physiquement autour des liaisons chimiques qui les maintiennent ensemble, ce qui entraîne la propriété de flexibilité. Cela aide le caoutchouc à déformer momentanément sa forme sans se casser. Étant donné que les chaînes moléculaires sont réticulées, le caoutchouc peut rapidement retrouver sa forme d’origine après déformation.

La physique de la chute

Chaque fois qu’un objet est soulevé du sol et élevé à une certaine hauteur, le travail est effectué contre le poids de l’objet, qui est stocké sous forme d’énergie gravitationnelle potentielle. Lorsque l’objet – en l’occurrence une balle en caoutchouc – est relâché et tombe au sol, la force de gravité agissant sur la balle l’accélère, convertissant l’énergie potentielle en énergie cinétique. Juste avant que la balle n’entre en collision avec la surface, toute l’énergie potentielle est convertie en énergie cinétique.

Au niveau moléculaire, lorsque la balle vient en contact avec la surface du sol ou du mur, les brins moléculaires de la balle sont comprimés ou écrasés par la force descendante agissant sur elle, couplée à la force ascendante exercée par le sol. La balle change de forme d’un cercle à un ovale. Au fur et à mesure que la balle change de forme, la force produite par les liaisons, qui maintiennent les différents brins de caoutchouc ensemble, devient plus grande.

Changements Après l’impact

Lors de l’impact, la balle s’arrête brusquement, mais possède toujours une grande quantité d’énergie cinétique. Une certaine quantité d’énergie que contient la balle est absorbée par la surface, mais le reste doit aller quelque part, il est donc stocké sous forme d’énergie élastique. Toujours au niveau moléculaire, la force descendante sur les brins diminue, tandis que la force exercée par les liaisons augmente, ce qui fait que les brins retrouvent leur forme d’origine. Il faut très peu de temps pour que la balle s’arrête complètement, après quoi l’énergie élastique de la balle est libérée et la balle exerce une force sur le sol. Il y a une force égale et opposée sur la balle dans le sens ascendant (troisième loi de Newton), ce qui la fait rebondir. La conversion de l’énergie élastique en énergie cinétique la fait monter contre le sol. En d’autres termes, il rebondit dans les airs!

Dans le cas d’une bille en plastique ou en métal, le matériau n’est pas élastique, bien qu’il ait la même quantité d’énergie cinétique. La surface que la balle frappe absorbera la majeure partie de l’énergie lors de l’impact et comme le matériau est non élastique, il ne sera pas comprimé ou remodelé, ce qui lui donnerait la quantité de force requise pour se lever (rebondir). De plus, le transfert d’énergie cinétique à la surface du mur entraînera une bosse ou un trou dans le mur, car la force n’a nulle part où aller!

La surface compte également. Si la même balle en caoutchouc rebondit sur un tapis, elle ne se lèvera pas ou ne rebondira pas à la même hauteur que lorsqu’elle rebondit sur un sol solide. Le temps nécessaire au repos de la balle est plus long, en raison de la compressibilité du tapis, ce qui signifie que plus de force est transférée au tapis, laissant ainsi moins de force pour le « rebond ».

Maintenant que vous connaissez la science de l’élasticité, essayez de faire rebondir quelques choses sur vos murs et voyez ce qui se passe!