Etude du mouvement d’un ballon de sport

Réalisation Margaux Khalil (École Estienne), Julien Bobroff et Frédéric Bouquet (Laboratoire de Physique des solides, Université Paris-Sud et CNRS). Toutes les informations et les autres projets sur opentp.fr

Niveau : Moyen

1 jour

Mesure de l'énergie cinétique d'un ballon dans le sport

Principe physique

L’objectif de ce TP est d’évaluer le sport qui engendrerait le plus grand traumatisme avec un tir pleine puissance.

Pour cela, les élèves doivent se filmer en effectuant un tir, le plus puissant possible, dans un des sports suivants: handball, football, volleyball, basketball. Grâce, à l’analyse du mouvement via FIZZIQ, ils déterminent l’énergie cinétique de la balle.

Enfin, ils rapportent cette énergie à la surface de contact entre le ballon et l’objet.

Smartphone
Tige
Balance
Ballons
Calculatrice
Mètre
Deux
Potence

Matériel

Filmer une vidéo du mouvement du ballon

1er rôle

Une personne se prépare à filmer son camarade avec le smartphone contenant l’application FIZZIQ. Il se positionne de façon à avoir le plus grand champ de vision possible.
Il devra filmer en mode paysage.
Il donnera le top départ pour le lancer de son camarade et arrêtera la vidéo après que la balle ne soit plus dans son champ de vision.

Attention: le téléphone ne doit pas bouger, ni suivre la balle.

2eme rôle

Pendant ce temps, le lanceur positionne un bâton/une tige à côté de lui. Il s’aidera d’une potence.
En respectant les règles du sport, après avoir reçu le top départ du vidéaste, il lance le ballon avec le plus de puissance possible.

Attention, la trajectoire du ballon doit se trouver dans un plan parallèle à l’appareil photo.

Montrer la vidéo à l’enseignant. /3

Analyse du mouvement

Avec le smartphone, charger la vidéo sur FIZZIQ, pour cela:

Ouvrir l’application FIZZIQ sur le smartphone
Cliquer sur Cinématique par vidéo
Cliquer sur Mes Vidéos et choisir la vidéo, faite précédemment.

Définir un étalon, pour cela:

Positionner l’origine du repère en bas de la tige/du bâton et mettre l’extrémité en haut de la tige.
Après l’avoir mesuré, définir la longueur du bâton.

Réaliser le pointage:

Cliquer sur pointage et pointer le ballon à chaque photo.

Regarder les résultats:

Appuyer sur résultats et cocher uniquement V et t.

Recopier le tableau de mesures ci-dessous: /4

Quelle est la vitesse maximale du ballon ? /1.5

Peser le ballon

Mesurer la masse du ballon. /1.5

Quelle est la masse du ballon en kg? /1.5

En se servant des données précédentes, calculer, en soignant la rédaction, l’énergie cinétique maximale du ballon. /3

En comparant aux autres groupes, répondre à la problématique. /2

Bonus: Mesure la surface de contact

Mesurer la moitié de la circonférence (tour) du ballon. /1

Calculer la surface de contact entre la personne et le ballon. Pour cela, on utilisera la formule suivante:

\[ S=C^2/(2\pi) \]

où S= surface de contact et C est la circonférence du ballon. /1

Calculer l’énergie cinétique/cm2 et comparer aux autres groupes. /1