Football
Etude de la trajectoire d'un ballon de football
Ebene :
Collège
Autor:
FizziQ
Objectif pédagogique :
Cette activité permet aux élèves d'analyser la cinématique d'un tir de football à partir d'une chronophotographie. Elle développe la capacité à interpréter graphiquement les notions de vitesse variable et d'accélération.
Concepts abordés :
Mouvement des projectiles; Résistance de l'air; Chronophotographie; Vitesse instantanée; Mouvement non uniforme
Description de l'activité :
L'élève utilise le module d'Analyse Cinématique de FizziQ pour étudier une chronophotographie d'un ballon de football en mouvement. Après avoir défini l'échelle et l'intervalle de temps entre chaque position l'élève pointe successivement les positions du ballon puis analyse les données de vitesse obtenues pour déterminer si le mouvement est uniforme ou non.
Matériel requis :
Smartphone ou tablette avec l'application FizziQ; Chronophotographie 'Football' disponible dans la bibliothèque de FizziQ; Cahier d'expérience FizziQ
Eclairage scientifique
La chronophotographie, technique inventée par Étienne-Jules Marey au 19e siècle, permet de décomposer un mouvement en une série d'images prises à intervalles réguliers. C'est l'ancêtre direct du cinéma et un puissant outil d'analyse cinématique. Dans cette activité, l'analyse d'un tir de football révèle que le mouvement n'est pas uniforme: la vitesse du ballon diminue progressivement. Cette décélération est principalement due à la résistance de l'air. Pour un ballon sphérique, la force de traînée aérodynamique peut être modélisée par: F = ½·ρ·C_D·A·v², où ρ est la densité de l'air, C_D le coefficient de traînée (environ 0,2-0,3 pour un ballon lisse), A la section transversale du ballon, et v sa vitesse. Cette force étant proportionnelle au carré de la vitesse, son effet est particulièrement marqué sur les tirs puissants, où la vitesse initiale peut dépasser 30 m/s (108 km/h). De plus, la rotation du ballon (effet) crée une force de Magnus perpendiculaire à la direction du mouvement et à l'axe de rotation, ce qui explique les trajectoires courbes. Le module d'analyse cinématique de FizziQ permet de quantifier précisément ces effets en calculant la vitesse instantanée entre chaque position. Pour un mouvement parfaitement uniforme, cette vitesse serait constante. L'écart à cette constance révèle l'accélération (négative dans ce cas), qui permet d'estimer indirectement la force de résistance de l'air et d'autres facteurs comme l'effet Magnus ou la gravité selon les composantes du mouvement analysées.