Explique pourquoi une balle rebondit après avoir touché le sol ?

Propriétés élastiques du matériau de la balle

Quand une balle percute le sol, elle se déforme temporairement au contact. Cette déformation dépend directement des propriétés élastiques du matériau dont elle est faite. Certains matériaux stockent très bien cette énergie de déformation, comme le caoutchouc, et la restituent efficacement en reprenant leur forme originelle — un peu comme si la balle était un mini ressort invisible. Plus cette énergie est restituée efficacement, plus la balle rebondit haut. D’autres matériaux, comme une balle en pâte à modeler, absorbent l'énergie sans la restituer, d’où leur rebond quasi nul. Cette capacité à reprendre sa forme après avoir été comprimée s’appelle l’élasticité. Plus un matériau est élastique, meilleures sont ses chances de rebondir haut et fort.

Transfert et conservation de l'énergie durant le rebond

Quand tu lâches une balle, elle démarre avec une énergie qu'on appelle énergie potentielle gravitationnelle, liée à sa hauteur. En tombant, cette énergie se transforme en énergie cinétique, celle du mouvement. À l'impact avec le sol, l'énergie cinétique pousse la balle à se déformer un instant, stockant temporairement l'énergie sous forme élastique. Puis la balle reprend rapidement sa forme initiale, relâchant cette énergie élastique et faisant repartir la balle vers le haut. Bien sûr, elle ne remonte pas aussi haut, parce qu'une partie de cette énergie se perd : vibrations, bruit, échauffement du matériau... On parle alors d'un rebond imparfait, puisque l'énergie ne se conserve pas entièrement sous une forme utilisable par la balle.

Rôle de la force exercée par le sol sur la balle

Lorsque la balle touche le sol, celui-ci exerce une force de réaction vers le haut. C'est comme un ressort invisible qui se comprime un instant puis pousse la balle vers le haut. Cette force de réaction vient du principe d'action-réaction : la balle appuie sur le sol, alors le sol répond en poussant sur la balle. Plus la balle frappe fort, plus cette réaction est intense, ce qui explique pourquoi un rebond est plus marqué si la chute était d'une plus grande hauteur. Sans cette poussée, impossible pour la balle de repartir vers le haut. Voilà pourquoi une surface molle, comme un tapis épais, offre une réaction plus faible, et donc un rebond moins impressionnant.

Influence de la gravité et de la résistance de l'air

La gravité ramène constamment la balle au sol après son rebond et détermine concrètement la hauteur maximale qu'elle peut atteindre. Plus la gravité est forte (comme sur Jupiter), plus la balle est vite tirée au sol, limitant sa hauteur de rebond. A l'inverse, une gravité plus faible (comme sur la Lune), permet un rebond plus haut, plus lent et plus ample. La résistance de l'air, elle, freine progressivement la balle en absorbant une partie de son énergie. Si la balle est légère ou très peu dense, l'air ralentit son déplacement vers le bas et vers le haut, diminuant clairement chaque rebond suivant jusqu'à ce qu'elle s'arrête complètement.

Impact des imperfections et textures du sol et de la balle

Si la balle ou le sol présente de petites imperfections, comme des égratignures ou de minuscules bosses, cela peut influencer directement son rebond. Ces mini-déformations locales changent la manière dont la balle entre en contact avec le sol : un sol très rugueux ou une balle cabossée perdent davantage d'énergie au moment du rebond, diminuant la hauteur de rebond. À l'inverse, une surface très lisse et une balle parfaitement ronde optimisent la conservation d'énergie à l'impact, laissant rebondir la balle plus haut et plus régulièrement. Une surface texturée, comme celle d'une balle de tennis avec ses petits poils, modifie aussi légèrement les frottements pendant l'impact, influençant le rebond mais aussi parfois la trajectoire après celui-ci.