Fútbol
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Estudio cinemático de la trajectoire et de la vitesse d’un ballon de football lors d’un tir au but
Lors d’un match de football, un tir au but semble rapide et direct, mais son mouvement obéit à des lois physiques précises. Depuis la fin du XIXe siècle, les scientifiques utilisent des images successives pour analyser les mouvements rapides, une technique appelée chronophotographie. Cette méthode permet d’observer comment la position d’un objet évolue au cours du temps. Dans le cas d’un ballon de football, il est possible d’étudier la forme de sa trajectoire et l’évolution de sa vitesse pendant le tir. Grâce aux outils numériques modernes, une simple vidéo peut être utilisée pour effectuer une análisis cinemático complète. Dans esta actividad, les élèves utilisent une vidéo d’un pénalty pour déterminer si la trajectoire du ballon est rectiligne et si sa vitesse reste constante. Cette étude permet d’introduire concrètement les notions de trajectoire, de vitesse et de mouvement uniforme ou non uniforme.
Visão geral da atividade:
L’élève analyse une vidéo d’un tir au but pour déterminer la trajectoire du ballon et mesurer sa vitesse. Il pointe les positions successives du ballon sur chaque image de la vidéo. Les données obtenues permettent de tracer la trajectoire et d’étudier l’évolution de la vitesse. L’élève vérifie ainsi si le mouvement du ballon est rectiligne et uniforme.
FizziQ
Autor:
Duração (minutos):
20-30 minutos
O que os alunos farão:
'- Identifier la trajectoire d’un objet en mouvement à partir d’une vidéo
- Mesurer la vitesse d’un objet à partir de positions successives
- Déterminer si un mouvement est uniforme ou non uniforme
- Exploiter une chronophotographie pour analyser un mouvement
- Comprendre l’influence des forces sur le mouvement d’un projectile
Conceitos científicos:
'- Trajectoire
- Mouvement rectiligne
- Mouvement uniforme
- Mouvement non uniforme
- Vitesse instantanée
- Chronophotographie
- Résistance de l’air
- Effet Magnus
Sensores:
'- Caméra (vidéo utilisée dans le module d’análisis cinemático)
Materiais necessários:
Smartphone o tableta con la aplicación FizziQ; Chronophotographie 'Football' disponible dans la bibliothèque de FizziQ; Cuaderno de experiencias FizziQ
Procedimento experimental:
1. Etude de la trayectoria y la velocidad d’un ballon de football
2. Dans le menú Herramientas, selecciona Etude Cinématique, puis Vidéo, puis pulsa en FizziQ Ressources
3. Dans le navigateur, trouve el vídeo sobre le pénalty y copie le lien
4. Reviens au menu Cinématique y pulsa en Internet, puis sobre l’icône Copier
5. El vídeo du tir au but apparait sobre l’écran
6. Pour faire l’analyse cinématique, détermine l’échelle en plaçant l’origine y l’extrémité de la règle sobre le repère, puis entre la longitud de la règle
7. Pulsa en Pointage et, con les flèches en bas de l'écran, positionne la séquence sobre le départ du ballon
8. Pointe les positions du ballon en déplaçant la cible sobre le ballon puis en tapant sobre l’écran para valider la position
9. Entre toutes les positions y pulsa en résultat
10. Selecciona les données qui t’intéressent y pulsa en Cahier
11. Les données sont ajoutées à tu cuaderno où tu peux les analyser
12. En étudiant les positions, que penses-tu de la trayectoria du ballon ? Est-elle rectiligne ?
13. Quelle forme aurait cette courbe si le footballeur avait donnée un effet ?
14. En étudiant la velocidad du ballon, penses-tu que el movimiento soit uniforme ?
15. Documente ton analyse en ajoutant du texte y des photos y partage le !
Resultados esperados:
Les positions successives du ballon forment une trajectoire globalement rectiligne lors d’un tir direct.
La distance parcourue entre deux positions successives diminue légèrement au cours du temps.
La vitesse du ballon diminue progressivement pendant le mouvement.
Le graphique de vitesse montre que le mouvement n’est pas parfaitement uniforme.
Des variations peuvent apparaître à cause d’erreurs de pointage ou d’un manque de précision dans l’échelle choisie.
Questões científicas:
'- Pourquoi la vitesse du ballon diminue-t-elle au cours du mouvement ?
- Que se passerait-il si la résistance de l’air était nulle ?
- Comment la rotation du ballon influence-t-elle sa trajectoire ?
- Pourquoi la trajectoire peut-elle devenir courbe lors d’un tir avec effet ?
- Comment améliorer la précision du pointage des positions ?
Explicações científicas:
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 y un puissant outil d'analyse cinématique. Dans esta actividad, l'analyse de un tir de football révèle que el movimiento n'est pas uniforme: la velocidad du ballon diminue progressivement. Cette décélération es principalement due à la resistencia del aire. Pour un ballon sphérique, la force de traînée aérodynamique peut être modélisée par: F = ½·ρ·C_D·A·v², où ρ es la densité de l'air, C_D le coefficient de traînée (environ 0,2-0,3 para un ballon lisse), A la section transversale du ballon, y v sa vitesse. Cette force étant proporcionalle au carré de la velocidad, son effet es particulièrement marqué sobre les tirs puissants, où la velocidad 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 y 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 velocidad instantanée entre chaque position. Pour un mouvement parfaitement uniforme, cette vitesse serait constante. L'écart à cette constance révèle la aceleración (négative en ce cas), qui permet d'estimer indirectement la force de resistencia del aire y d'autres facteurs comme l'effet Magnus o la gravité selon les composantes du mouvement analysées.
Atividades de extensão:
'- Étudier une vidéo montrant un tir avec effet pour observer une trajectoire courbe.
- Comparer les trajectoires de plusieurs tirs réalisés à différentes vitesses.
- Analyser une trajectoire verticale comme celle d’un ballon lancé vers le haut.
- Étudier le mouvement d’un autre objet sportif comme une balle de tennis.
- Comparer les résultats obtenus avec différentes vidéos issues d’autres sports.
Perguntas frequentes:
Q: ¿Por qué faut-il définir une échelle dans la vidéo ?
R: L’échelle permet de convertir les distances mesurées sur l’image en distances réelles.
Q: ¿Por qué la vitesse n’est-elle pas constante ?
R: La résistance de l’air ralentit progressivement le ballon pendant son déplacement.
Q: Que signifie un mouvement uniforme ?
R: Un mouvement uniforme correspond à une vitesse constante au cours du temps.
Q: ¿Por qué la trajectoire peut-elle être courbe ?
R: Une rotation du ballon crée une force appelée effet Magnus qui dévie sa trajectoire.
Q: ¿Los résultats peuvent-ils être inexacts ?
R: Oui, des erreurs peuvent apparaître si le pointage est imprécis ou si l’échelle est mal définie.