La bille rebondissante à l’infini… ou presque

19 novembre 2022 - Yannick Bergeron, chimiste

Une expérience facile avec un des matériaux les plus rebondissants au monde, ça te tente ?

Matériel pour faire l’expérience :

• Des ballons de fête
• Des ciseaux
• Quelques récipients de tailles diverses : verres, pots de type Mason, saladiers, etc.
• Des billes métalliques ou en verre

Les étapes de préparation

1. Coupe l’embout des ballons avec les ciseaux.

2. Étire doucement un ballon coupé et fixe-le sur l’ouverture d’un pot Mason. Tends-le bien pour éviter les plis. Voilà ! Tu as construit un pot-trampoline en latex ! Le latex est le matériau qui constitue le ballon.

3. Recommence l’étape 2 avec d’autres ballons et des récipients de différentes tailles.

4. Entraîne-toi à faire rebondir une bille sur un pot-trampoline. Laisse-la tomber bien au centre de la membrane pour l’empêcher de rebondir dans toutes les directions.

5. Laisse tomber la bille de différentes hauteurs.

6. Fais maintenant rebondir tes billes sur des pots-trampolines de tailles différentes. Que remarques-tu ?

Que se passe-t-il ?

Quand la bille tombe sur la membrane de latex, celle-ci s’étire vers le bas, puis reprend brusquement sa forme en projetant la bille vers le haut. Ensuite, la gravité terrestre la fait retomber sur la membrane. La bille rebondit et ainsi de suite.

Toutefois, la hauteur des rebonds diminue avec le temps. Pourquoi ? La vitesse donne de l’énergie à la bille. En s’étirant, le latex absorbe cette énergie. Puis en reprenant sa forme, il la transfère de nouveau à la bille pour la propulser dans les airs. Sauf qu’il en perd une petite partie ! La bille n’a plus assez d’énergie pour atteindre sa hauteur antérieure. Chaque rebond est donc toujours plus bas que le précédent.

De combien ? Ça dépend sur quel matériau la bille rebondit. La membrane de  latex fait redécoller la bille à 97 % de sa vitesse d’arrivée. On dit que le coefficient de restitution de la membrane de latex est de 0,97. C’est un des plus élevés au monde. Avec ce coefficient, une formule mathématique permet de calculer la hauteur du rebond de la bille. Pour une membrane de latex, c’est 95 % de la hauteur précédente.

Sur du bois, ce coefficient serait d’environ 0,50. La bille redécollerait avec la moitié (50 %) de sa vitesse d’arrivée et atteindrait un quart (25 %) de la hauteur précédente.

Une bille lâchée de plus haut prend plus de vitesse et accumule plus d’énergie. Elle rebondit donc plus haut et plus longtemps qu’une bille lâchée plus bas.

Et si le diamètre du pot-trampoline change ? Aucune différence. Peu importe leur diamètre, les membranes de latex possèdent le même coefficient de restitution. À condition qu’elles soient tendues de la même façon, et que les billes rebondissent au centre de la membrane.