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Rebond d'une balle : quelle hauteur, quelle distance, combien de temps ?

Calculez la hauteur après chaque rebond, la distance et la durée totales jusqu'à l'arrêt d'une balle lâchée, et sa vitesse d'impact, à partir de la hauteur et du coefficient de restitution.

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Résultats

Hauteur atteinte après ce rebond

0,660

Distance totale parcourue jusqu'à l'arrêt

10,86

Hauteur après le premier rebond
1,288
Durée totale jusqu'à l'arrêt
7,26 s
Vitesse au premier impact
21,4
Énergie perdue à chaque rebond
28,4 %
Rebonds avant de passer sous 1 % de la hauteur initiale
14

Chaque rebond coûte de l’énergie

Lâchez une balle : elle ne remonte jamais tout à fait à sa hauteur de départ. Une partie de son énergie se transforme en chaleur, en son et en déformation de la balle et du sol. Le coefficient de restitution, noté e, mesure la part de vitesse conservée à chaque choc : e = vitesse après ÷ vitesse avant. Comme la hauteur dépend du carré de la vitesse, chaque rebond atteint e² fois la hauteur précédente.

Les formules

Pour une balle lâchée d’une hauteur h₀ :

  • Hauteur après le rebond n : h₀ × e²ⁿ.
  • Vitesse au premier impact : √(2 g h₀).
  • Distance totale jusqu’à l’arrêt : h₀ × (1 + e²) ÷ (1 − e²).
  • Durée totale jusqu’à l’arrêt : √(2h₀ ÷ g) × (1 + e) ÷ (1 − e).
  • Énergie perdue à chaque rebond : 1 − e² de l’énergie avant le choc.

En théorie, le nombre de rebonds est infini, mais la distance et la durée totales sont finies, car les rebonds diminuent selon une suite géométrique, comme on l’étudie en terminale.

Exemple

Un ballon de basket, e ≈ 0,846, lâché de 1,80 m :

  • Après le premier rebond : 1,8 × 0,846² = 1,29 m.
  • Après le troisième rebond : 0,66 m.
  • Vitesse au premier impact : 5,9 m/s, soit environ 21,4 km/h.
  • Distance totale parcourue : environ 10,9 m.
  • Durée totale avant l’arrêt : environ 7,3 secondes.
  • Énergie perdue à chaque rebond : 28,4 %.
  • Environ 14 rebonds avant de passer sous 1 % de la hauteur initiale.

Coefficients courants

Balle, sur sol dur Coefficient de restitution
Balle rebondissante en caoutchouc environ 0,9
Balle de tennis de table environ 0,87
Ballon de basket environ 0,82 à 0,87
Balle de tennis environ 0,73 à 0,76
Balle de baseball environ 0,5 à 0,55
Boule de pâte à modeler proche de 0

Les règlements sportifs fixent souvent le rebond. Une balle de tennis lâchée de 254 cm doit rebondir entre 135 et 147 cm. Une balle de tennis de table lâchée de 30,5 cm doit remonter à environ 23 cm.

Mesurer e soi-même

Lâchez la balle d’une hauteur mesurée sur la surface qui vous intéresse et filmez le rebond à côté d’un mètre ruban. Alors e = √(hauteur du rebond ÷ hauteur de chute). Recommencez plusieurs fois et faites la moyenne. On peut aussi chronométrer les rebonds au son : l’intervalle entre deux rebonds diminue d’un facteur e à chaque fois. C’est une expérience classique en TP de physique.

Ce que le modèle néglige

Les formules supposent un coefficient constant et ignorent la résistance de l’air, ce qui convient pour des balles lourdes et de petites hauteurs. En réalité, e diminue légèrement quand la vitesse d’impact augmente, une balle légère comme celle de tennis de table est sensiblement freinée par l’air, et l’effet peut dévier chaque rebond. La température compte aussi : une balle de squash froide rebondit à peine, d’où l’échauffement de la balle avant chaque match.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que le coefficient de restitution ?

Le rapport entre la vitesse juste après un rebond et la vitesse juste avant. Il est égal à la racine carrée du rapport entre la hauteur du rebond et la hauteur de chute. Un coefficient de 1 correspondrait à un rebond parfaitement élastique ; 0 signifie que la balle ne rebondit pas.

Quelle hauteur de rebond pour une balle de tennis ?

Selon les règles de la Fédération internationale de tennis, une balle lâchée de 254 cm doit rebondir entre 135 et 147 cm sur une surface dure, soit un coefficient de restitution d'environ 0,73 à 0,76. Une balle de tennis de table lâchée de 30,5 cm doit remonter à environ 23 cm.

Une balle rebondit-elle à l'infini ?

En théorie, oui, mais les rebonds raccourcissent si vite que la distance et la durée totales sont finies : la distance totale vaut h₀ × (1 + e²) ÷ (1 − e²). En pratique, la balle s'arrête après quelques dizaines de rebonds devenus imperceptibles.

Qu'est-ce qui modifie le coefficient de restitution ?

La surface, la vitesse d'impact, la température et, pour les ballons gonflés, la pression. Une balle rebondit moins sur un tapis que sur du béton, et une balle de squash froide rebondit à peine : c'est pourquoi les joueurs l'échauffent avant le match.

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