De quoi dépend l'énergie cinétique d'une bille ?
Problème : Comment l'énergie cinétique d'une bille au moment de l'impact dépend-elle de sa hauteur de chute et de sa masse ?
Durée : 55 min · Travail en binôme
🧰 Matériel (par binôme)
- 1 bac rempli de 5 cm de farine (ou de sable fin), lissé
- 2 billes de même diamètre et de masses différentes (verre ≈ 5 g, acier ≈ 16 g) + 1 balance
- 1 règle de 1 m sur support + 1 réglet ou pied à coulisse
- 1 tamis ou une règle pour lisser la farine
- Option : smartphone (vidéo au ralenti) pour estimer la vitesse d'impact
⚠️ Sécurité
- Lâcher les billes au-dessus du bac uniquement ; ramasser immédiatement une bille tombée au sol.
- Ne pas monter sur une chaise : hauteur maximale 1 m depuis la paillasse.
- Farine : éviter de la disperser (allergies) ; nettoyer la paillasse en fin de séance.
🧪 Protocole
- Lisse la surface de la farine.
- Lâche la bille d'acier sans vitesse d'une hauteur h = 20 cm (bas de la bille). Mesure le diamètre du cratère formé.
- Recommence pour h = 40, 60, 80, 100 cm (lisse la farine entre deux essais).
- Recommence pour h = 60 cm avec la bille de verre.
- Option : filme une chute au ralenti devant la règle et estime la vitesse juste avant l'impact.
Schéma du montage
📝 Résultats et exploitation
| h (cm) | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|
| Diamètre du cratère, bille d'acier (mm) |
| h = 60 cm | masse (g) | diamètre (mm) |
|---|---|---|
| bille d'acier | ||
| bille de verre |
1. Pourquoi le cratère renseigne-t-il sur l'énergie cinétique de la bille à l'impact ?
2. Comment évolue la taille du cratère avec la hauteur de chute ? Interprète en termes de conversion d'énergie.
3. À hauteur égale, compare les cratères des deux billes. Quelle grandeur influe ici sur Ec ?
4. Pourquoi faut-il lisser la farine et lâcher la bille sans vitesse ?
5. Fais le lien avec la sécurité routière : quels sont les deux facteurs qui augmentent la gravité d'un choc ?