J'avoue que j'utilise aussi beaucoup la manip "de la baballe". En 5e initialement mais aussi en 3e pour préparer les calculs ensuite.
La manip "de la baballe", c'est très efficace, ça permet de parler d'énergie cinétique, énergie potentielle de pesanteur, énergie potentielle élastique et énergie thermique... et tout ça à la fois !
On prend une balle ( chez moi, ce sont des balles de golf) et on demande aux élèves de faire la liste des formes d'énergie en jeu pendant la chute et le rebond. Il faut par contre bien avoir posé la conservation de l'énergie comme savoir "parachuté préalable" et qu'il soit intégré, il est à mes yeux illusoire de faire "deviner" ou découvrir la conservation de l'énergie en collège. C'est suffisamment délicat pour que non, comme pour l'existence des atomes, c'est un fait issu de la structure même de notre monde (invariance des lois physiques par translation dans le temps) et point à la ligne et zou on se contente d'en dérouler les conséquences.
Donc je demande aux élèves de bien lever la balle puis de la lâcher sur la table, puis elle rebondit et on la rattrape avant qu'elle ne redescende . (je suis relou sur les règles donc ils doivent bien s'appliquer à ce que la balle n'arrive ni par terre, ni ailleurs, ça les focalise...)
Puis on doit tout raconter avec une approche énergétique. Faire la liste des formes d'énergie successives.
Ils discutent et se mettent d'accord par tables.
Ils arrivent à dire qu'au début, la balle a de l'énergie potentielle de pesanteur, qui devient de l'énergie cinétique pendant la chute. Le rebond pose souvent problème mais on arrive à décrire le fait que la balle se déforme comme un ressort avant de reprendre sa forme en poussant sur la table, donc elle perd son énergie cinétique pour gagner de l'énergie potentielle élastique, puis la perd pour récupérer à nouveau de l'énergie cinétique avec la vitesse cette fois vers le haut. Et enfin, elle perd petit à petit sa vitesse en s'élevant en altitude jusqu'au maximum de hauteur.
Et là on refait le rebond et tout le monde remarque qu'on a perdu environ 1/4 ou 1/3 de l'altitude, donc de l'énergie potentielle de pesanteur initiale car la balle de remonte pas aussi haut qu'au début.
Or l'énergie est conservée. Il nous en manque une de forme d'énergie...
D'après la liste il reste l'énergie thermique... Pourquoi la balle se serait elle échauffée ? Et là on parle déformation donc agitation des molécules, impact, frottements.
Puis une vidéo de balle de golf au ralenti pour celleux qui ne seraient point convaincus par le côté "élastique" d'une balle de golf".
https://www.shutterstock.com/fr/video/c ... low-motionEt je leur dis qu'on a une manière de mesurer cette énergie thermique "perdue" car si on connait la formule de l'énergie potentielle de pesanteur, une soustraction suffit. Puis que ça ne chauffe pas beaucoup la balle vraiment... Puis ordre de grandeur : à partir de 2 joules pour un projectile rigide c'est considéré comme une arme (risque de décès si la tête est visée) et donc dont la vente est interdite en France. 0,08 joules pour un mineur. Et 4180 joules pour échauffer un litre d'eau d'un seul degré... histoire de bien sentir l'écart d'ordre de grandeur sur nos habitudes en énergie thermique comparé à nos habitudes en énergie cinétique ou potentielle de pesanteur.
Je trouve que la manipulation elle même ne casse pas trois pattes à un canard, mais ça fait un bout de séance assez poussé qui est bien amené et illustré par la balle. Le raisonnement énergétique appliqué à ce genre de situation, comme pour le skateur de PhET, permet de bien s'exercer à la conservation de l'énergie.
Pour finir sur le fait que freiner efficacement une voiture, c'est arriver à chauffer ses freins assez vite !
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