Questionnement sur la conservation de l'énergie mécanique
Question⚓
Commenter les évolutions des énergies cinétique, potentielle et mécanique dans les trois phases du mouvement :
phase de lancer par le joueur ;
une fois qu'il a quitté la main du joueur et avant qu'il entre dans le panier ;
après être entré dans le panier.
Dans quelles phases l'énergie mécanique peut-elle considérée comme constante ?
Comment se traduit du point de vue énergétique le contact du ballon avec l'anneau du panier ?
Que devient l'énergie perdue ?
Solution⚓
Les trois phases du mouvement sont repérées sur le graphique ci-dessous.
Dans la phase 1, le ballon est propulsé vers le haut, son énergie potentielle augmente. En fin de geste son énergie cinétique augmente quand la lanceuse communique sa vitesse initiale au ballon. La combinaison de ces deux variations conduit à une augmentation significative de l'énergie mécanique du ballon (environ 20 joules).
Dans la phase 2, énergie potentielle et énergie cinétique varient en sens inverses l'une de l'autre. On constate que l'énergie mécanique est constante (aux fluctuations dues aux pointages près). Ce qui est gagné en énergie potentielle et intégralement perdu en énergie cinétique et inversement.
Dans la phase 3, après être entré dans le panier, l'énergie potentielle du ballon décroît à mesure qu'il perd de la hauteur. Dans le même temps, l'énergie cinétique augmente. Là encore, l'énergie mécanique peut être considérée comme constante. Elle a diminué brusquement quand le ballon est entré dans le panier et est voisine de 16 joules dans cette phase.
Aux imprécisions dues aux pointages près, l'énergie mécanique est constante dans les phases 2 et 3. Ce sont les phases dans lesquelles le ballon n'est soumis qu'à son poids \(\vec P\).
Lors du contact du ballon avec l'anneau, la vitesse s'annule brusquement. On observe bien l'annulation de l'énergie cinétique entre les phases 2 et 3.
Le mouvement reprend alors à énergie mécanique constante, comme avant le contact avec l'anneau, mais l'énergie mécanique a diminué significativement (environ 13 à 14 joules). Le contact du ballon avec le panier a donc conduit à une dissipation d'énergie mécanique.
L'énergie est dissipée par les forces de contact entre le ballon et le panier, par la déformation des divers éléments entrant en jeu (ballon, panier, etc...). En tout dernier lieu, cela se traduit par une dissipation sous forme d'énergie thermique.