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Le ralenti permet de bien observer la déformation de la balle de tennis au moment de l'impact. Les physiciens expliquent ce phénomène par la transformation de l'énergie cinétique en énergie potentielle. L'énergie cinétique est l'énergie d'un corps en mouvement. L'énergie cinétique est fonction de la masse et de la vitesse de l'objet. Au moment de l'impact, la balle freine ; l'énergie cinétique est transformée en énergie potentielle. Elle est utilisée dans la déformation de la balle. Lorsque la balle retrouve sa forme originale, elle s'éloigne du sol et rebondit. L'énergie potentielle stockée est à nouveau transformée en énergie cinétique.
Une partie de l'énergie est "perdue"
Théoriquement, une balle pourrait ainsi rebondir à l'infini. Toutefois, dans le monde « réel », l'énergie cinétique n'est pas entièrement transformée en énergie potentielle et vice versa. Une partie de l'énergie est convertie en d'autres formes d'énergie et est donc perdue. Conséquence : la balle rebondit de moins en moins.
Que devient l'énergie "perdue"?
Cette perte d'énergie, on peut même l'entendre : c'est l'énergie acoustique, le « plop » audible lorsque la balle de tennis s'écrase au sol. L'énergie restante est convertie en chaleur. Elle est issue du frottement de la balle sur le sol et des molécules de caoutchouc entre elles lors de la déformation de la balle. Sans oublier la chaleur provenant du frottement des molécules de gaz contenues dans la balle de tennis.
Pourquoi les balles de tennis sont-elles creuses?
En effet, une bonne partie de la force de rebond d'une balle de tennis est due au fait qu'elle est creuse. Ces balles sont remplies d'air ou d'azote à raison d'environ le double de la pression atmosphérique. Lors de l'impact, les molécules de gaz sont d'abord comprimées, puis s'écartent les unes des autres avant de faire reprendre à la balle sa forme ronde d'origine. Parallèlement, elle s'écarte du sol et rebondit. L'importance de l'air ou de l'azote contenu dans la balle se vérifie lorsqu'on creuse un trou dans celle-ci : elle rebondit nettement moins bien.
Des oscillations provoquent le mouvement ondulatoire
Sur le ralenti, on voit clairement le mouvement ondulatoire de la balle après l'impact. Il s'agit d'oscillations comme on peut en observer sur un ballon rempli d'eau. Les scientifiques ont mesuré que ces oscillations se déplacent d'un côté à l'autre de la balle en moins d'un millième de seconde. Elles sont ensuite réfléchies, se déplacent encore quelques fois de part et d'autre avant de s'atténuer. L'énergie de vibration a donc également été convertie en énergie thermique.
Auteur : FNR
Vidéo : RTL & FNR
