Billiard
Loi de conservation de l'énergie pour une collision
Ebene :
Lycée
Autor:
Fizziq
Objectif pédagogique :
Cette expérience permet aux élèves d'observer et de quantifier la conservation de l'énergie mécanique lors d'une collision. Elle développe leur capacité à utiliser l'analyse vidéo pour mesurer des grandeurs physiques et à interpréter les écarts entre théorie et pratique.
Concepts abordés :
Conservation de l'énergie mécanique, Collision élastique et inélastique, Analyse cinématique, Énergie cinétique, Forces de frottement et dissipation d'énergie
Description de l'activité :
L'élève analyse une vidéo de collision entre deux boules de billard à l'aide du module d'analyse cinématique de FizziQ. Après avoir calibré l'échelle, il suit la position des boules avant et après l'impact pour déterminer leurs vitesses respectives. En calculant l'énergie cinétique totale du système avant et après la collision, il vérifie si l'énergie mécanique se conserve et identifie les facteurs pouvant expliquer d'éventuels écarts.
Matériel requis :
Smartphone avec l'application FizziQ, Vidéo de collision de boules de billard (bibliothèque FizziQ ou vidéo personnelle), Cahier d'expérience pour les calculs
Eclairage scientifique
Une collision parfaitement élastique est caractérisée par la conservation simultanée de l'énergie cinétique et de la quantité de mouvement. L'énergie cinétique se calcule par la formule Ec = ½mv², où m est la masse et v la vitesse. Pour un système de deux boules, l'énergie cinétique totale avant la collision (Ec₁ + Ec₂) devrait égaler celle après la collision (Ec₁' + Ec₂'). En réalité, même sur une table de billard professionnelle, une collision n'est jamais parfaitement élastique. Le coefficient de restitution (e), défini par le rapport entre la vitesse relative après et avant impact, caractérise l'élasticité du choc. Pour les boules de billard, e ≈ 0,92-0,98. Plusieurs facteurs expliquent la perte d'énergie : déformation temporaire des boules lors de l'impact, frottements avec le tapis, résistance de l'air, et transfert d'énergie cinétique de translation en énergie de rotation. L'analyse cinématique par vidéo permet d'obtenir des mesures précises sans instruments complexes.