Football
Etude de la trajectoire d'un ballon de football
Résumé :
L'élève utilise le module d'Analyse Cinématique de FizziQ pour étudier une chronophotographie d'un ballon de football en mouvement. Activité adaptée au Collège.
Niveau :
Auteur :
Durée :
Collège
FizziQ
Objectif pédagogique :
Concepts scientifiques :
Mouvement des projectiles; Résistance de l'air; Chronophotographie; Vitesse instantanée; Mouvement non uniforme
Capteurs :
Matériel :
Smartphone ou tablette avec l'application FizziQ; Chronophotographie 'Football' disponible dans la bibliothèque de FizziQ; Cahier d'expérience FizziQ
Protocole expérimental :
1. Etude de la trajectoire et la vitesse d’un ballon de football
2. Dans le menu Outils, sélectionne Etude Cinématique, puis Vidéo, puis appuie sur FizziQ Ressources
3. Dans le navigateur, trouve la vidéo sur le pénalty et copie le lien
4. Reviens au menu Cinématique et appuie sur Internet, puis sur l’icône Copier
5. La vidéo du tir au but apparait sur l’écran
6. Pour faire l’analyse cinématique, détermine l’échelle en plaçant l’origine et l’extrémité de la règle sur le repère, puis entre la longueur de la règle
7. Appuie sur Pointage et, avec les flèches en bas de l'écran, positionne la séquence sur le départ du ballon
8. Pointe les positions du ballon en déplaçant la cible sur le ballon puis en tapant sur l’écran pour valider la position
9. Entre toutes les positions et appuie sur résultat
10. Sélectionne les données qui t’intéressent et appuie sur Cahier
11. Les données sont ajoutées à ton cahier où tu peux les analyser
12. En étudiant les positions, que penses-tu de la trajectoire du ballon ? Est-elle rectiligne ?
13. Quelle forme aurait cette courbe si le footballeur avait donnée un effet ?
14. En étudiant la vitesse du ballon, penses-tu que le mouvement soit uniforme ?
15. Documente ton analyse en ajoutant du texte et des photos et partage le !
Résultats attendus
Questions scientifiques :
Analyse 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.
Variantes possibles
FAQ
Q: Qu'est-ce que le mouvement des projectiles ?
R: 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.
Q: Comment fonctionne le module d'analyse cinématique de FizziQ ?
R: Le module Étude Cinématique de FizziQ permet de pointer image par image la position d'un objet sur une vidéo. L'application calcule automatiquement la trajectoire, la vitesse et l'accélération, et génère les graphiques correspondants.
Q: Quelles sont les principales sources d'erreur ou limites de cette expérience ?
R: 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.