Après avoir chronophotographié la montée et la chute verticales de l’éponge de la classe, nous voici dans la cour de l’école pour refaire la même expérience, mais en mouvement. Le vélo roule à vitesse constante et l’élève lance verticalement vers le haut une boule… de neige !
L’idée de la boule de neige m’est venue la veille de l’expérience, je n’arrivais pas à m’endormir et ressassais le protocole de l’expérience et le plan du cours du lendemain. L’avantage d’être en montagne, c’est la neige, et avec un peu de chance cette année, il n’y en avait pas dans la cour où roule le vélo (sinon on aurait fait ça à ski…) mais il en restait sur les côtés. L’avantage de la boule de neige, c’est qu’elle marque bien le lieu de l’impact au sol !
Je n’explique pas ce qui a été présenté longuement et en détails dans le billet précédent, la méthode étant strictement la même. Attention toutefois à se veiller d’éloigner suffisamment l’appareil de la trajectoire du vélo, à moins d’avoir un grand angle… Le vélo et la boule se déplacent horizontalement, il serait dommage qu’ils sortent du champ de vision avant que la boule n’ait atterri ! Dans l’expérience présentée ici, j’ai eu un peu de chance, c’était pile-poil du premier coup ! Les élèves n’ont donc pas eu besoin d’avoir froid longtemps !
Assez parlé, voilà les photos :
En faisant défiler les images, on perçoit la parabole suivie par la boule. Un passage dans un logiciel de retouche photo (The Gimp en l’occurrence) pour décalquer les positions successives de la boule donne ceci :
Compte tenu de la qualité de l’appareil photo (un simple appareil numérique), de la vitesse du vélo que l’on espère constante et du lancer de boule de neige plus ou moins vertical, je suis très étonné de la précision des relevés ci-dessus. Quelques coups de crayon verticaux et horizontaux nous permettent de voir deux choses essentielles :
- la vitesse horizontale de la boule est constante (traits rouges ci-dessous), puisqu’aucune force n’agit dans cette direction-là ;
- la vitesse verticale de la boule est influencée par le poids : elle diminue à la montée et augmente à la descente (traits verts), on voit de plus la symétrie entre la montée et la descente (elle ralentit de la même façon quelle accélère).
Conclusion
L’expérience illustre la loi du mouvement uniforme. Le frottement dans l’air est ici tout à fait négligeable, on voit que la vitesse ne change pas si aucune force n’intervient, chose que les élèves (et moi-même…) ont beaucoup de difficulté à assimiler au plus profond de leur être.
Et comme bonus, une petite idée à mettre facilement en place : le décalquage « numérique » que j’ai opéré peut très bien être fait à la main. Pour cela, prévoir les photos imprimées (travailler en groupes) et un morceau de papier calque par élève, grand comme la photo. L’élève pose successivement son papier sur chaque photo et décalque la boule (et un repère immobile de référence, évidemment). Il obtient donc exactement l’image ci-dessus, sur laquelle il peut travailler pour percevoir (et mesurer, éventuellement) les changements de vitesse. J’ai aussi fait ça en direct au tableau blanc : on projette les photos depuis l’ordinateur et on passe au feutre les positions de la boule de neige.
