Une balle rebondit après avoir touché le sol en raison de la loi de la conservation de l'énergie. Lorsque la balle tombe, son énergie potentielle se transforme en énergie cinétique. Lorsqu'elle touche le sol, une partie de cette énergie cinétique est stockée dans la balle, ce qui la fait rebondir.
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.
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.
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.
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.
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.
Sur des surfaces très molles comme le sable ou l'herbe épaisse, une balle rebondira moins qu'elle ne le ferait sur un parquet ou un béton : c'est parce que ces surfaces dissipent une partie importante de l'énergie de la balle en la déformant ou en se comprimant à leur tour.
Les balles utilisées au tennis professionnel doivent respecter des normes strictes concernant leur rebond. En effet, une balle lâchée d'une hauteur de 254 cm doit rebondir entre 135 cm et 147 cm pour être homologuée lors des compétitions officielles.
La température ambiante influence également le rebond d'une balle : par temps froid, le matériau devient plus rigide et plus cassant, diminuant son élasticité et donc la hauteur du rebond. À l'inverse, par temps chaud, elle rebondit généralement mieux.
Il existe un record du monde de rebond pour une balle de caoutchouc : lâchée d'une hauteur de 30 mètres, elle a rebondi à plus de 22 mètres ! Ce genre de performances dépend étroitement des caractéristiques élastiques et du poids de la balle.
Oui, un sol dur et lisse restitue mieux l'énergie de la balle, générant un rebond plus élevé. À l'inverse, un sol mou ou irrégulier absorbe davantage d'énergie, réduisant ainsi la hauteur du rebond.
Généralement, oui. Lorsqu'elle est chauffée, une balle devient plus souple et élastique car les molécules bougent avec plus d'énergie. Cela améliore sa capacité à restituer efficacement l'énergie pendant un rebond.
À chaque rebond, une partie de l'énergie initiale de la balle se dissipe sous forme de chaleur et de bruit, dû à la déformation élastique et plastique ainsi qu'à la résistance de l'air. Cela provoque une perte progressive d'énergie, rendant impossible un rebond infini.
À haute altitude, l'air est moins dense, ce qui réduit la résistance de l'air s'opposant à la balle lors du rebond. Ainsi, une balle rebondira légèrement plus haut en altitude élevée qu'au niveau de la mer.
La capacité de rebondissement dépend des propriétés élastiques du matériau composant la balle. Plus un matériau est élastique, plus efficacement il restitue l'énergie absorbée lors de l'impact, améliorant ainsi le rebond.
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Question 1/5
