Rebond d'une balle sur un liquide

[inviteccac9361]

Bonjour,

j'aurais aimé avoir votre avis concernant cette experience imaginaire :

On réalise une première experience :
On laisse tomber une balle en caoutchouc déformable et indestructible dans le vide, sous l'effet de la gravité, sur une surface liquide de volume infini.
La balle en caoutchouc arrive à la surface avec une vitesse v1 très superieure à celle de la vitesse moyenne des molécules d'eau.

Que se passe-t-il au moment du choc ?
1) La balle rebondit, on note la hauteur h.
2) La balle est avalée par l'eau sans resistance.
3) La balle reste collée sur le liquide puis s'enfonce.

Je suppose pour la suite éventuelle que 1) est vrai.

On réalise alors une deuxième experience.
Ici, la balle est "mise en vibration" à une vitesse v2.
On considère qu'il n'y a pas d'amortissement de cette vibration et on pose pour le moment que la vibration entraine un déplacement alternatif de haut et bas de vitesse v2, de la partie qui entrera en contact avec l'eau, relativement au centre de gravité de la balle.

Que se passe-il au moment du choc ?
1) La balle rebondit à la hauteur h
2) La balle rebondit à la hauteur h2>h
3) La balle rebondit à la hauteur h2<h
3) Ca dépend.

Je n'émet pas trop de précisions sur la taille et la masse de la balle, qui sont ici d'un ordre de grandeur usuel.

Merci par avance pour vos réponses.
-----

[invitef4d706ee]

je crois que ça dépend, en effet la vitesse quadratique des molecules d'eau augmentent qu'avec la température or au dessus il n'y a rien : que du vide d'après ton hypothèse. La poussée joue aussi un rôle promordial et tend à freiner la balle ou son mvt vibratoire.
Donc honnetement, le résultat dépend de la hauteur de chute et de la contrainte élastique du matériau qui rentre en vibration.

cdlt

[obi76]

Bonjour,

ça dépend surtout de la tension de surface de ton liquide. Pour qu'il puisse rester liquide sous vide, elle doit être importante. Dans ce cas, quatre solutions possibles :
- la balle est hydrophile (à ce liquide) et arrive lentement : elle se pose puis sera engloutie
- la balle est hydrophobe et arrive lentement : elle se pose à la surface, rebondit, et grâce à la gravité entre le liquide et elle, elle rebondira (infiniment si on considère qu'il n'y a pas de dissipation dans le liquide)
- la balle est est hydrophile et arrive vite : plouf et elle reste dedans
- la balle est hydrophobe et arrive vite : plouf et finira par rejoindre la surface

Dans tous les cas, à cause de la dissipation, elle ne peut pas remonter plus haut (par rapport à quoi ?) que de là où elle est partie si elle avait une vitesse nulle (par rapport au fluide) au départ.

[sitalgo]

B'jour,

Une vidéo d'une balle de ping pong supersonique.
http://mentalfloss.com/article/48934...bazooka-action
La première cible est une raquette.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteccac9361]

Merci déja pour ces premières réponses.

Pour préciser, puisque ça semble avoir créé la confusion, il s'agit ici d'une experience "imaginaire".
Je faisait mention "du vide" dans le sens où on néglige les effets aerodynamiques, qui n'ont ici je pense aucune influence sur l'interpretation.

- la balle est est hydrophile et arrive vite : plouf et elle reste dedans
- la balle est hydrophobe et arrive vite : plouf et finira par rejoindre la surface

Bonne remarque en effet, l'état de surface et l'affinité du solide avec le liquide jouent probablement sur le phénomène, en augmentant ou diminuant la vitesse à partir de laquelle (hypothèse) la balle rebondit.

Dans tous les cas, à cause de la dissipation, elle ne peut pas remonter plus haut (par rapport à quoi ?) que de là où elle est partie si elle avait une vitesse nulle (par rapport au fluide) au départ.

Tout à fait, il y a conservation de l'énergie et je me demandais ici si le caractère liquide de l'eau pouvait être "négligé" à partir d'une certaine vitesse.
La propriété solide ou liquide est une propriété relative à la vitesse il me semble.
Sachant qu'une balle elastique rebondit sur une surface solide, je ne vois pas d'autre conclusion possible que la balle, peut, à partir d'une certaine vitesse rebondir sur de l'eau.

[obi76]

Si la vitesse n'est pas suffisante pour contrer la tension de surface, on peut voir la surface liquide comme une surface élastique.

[inviteccac9361]

Si la vitesse n'est pas suffisante pour contrer la tension de surface, on peut voir la surface liquide comme une surface élastique.

Et on a aussi des cas interressants avec des gouttes d'eau, qui peuvent par exemple rebondir.
C'est là où il pourrait y avoir des effets qui viendraient interdire à la balle, elle, de "rebondir", peut-être.

Pour essayer d'y voir plus clair, la finalité de ces deux experiences "imaginaires" étant d'arriver à trouve la bonne conclusion à la question suivante :
Une plaque de metal qui vibre tombe-t-elle plus lentement dans un liquide sous l'effet de la pesanteur, si oui par quel mécanisme, si non, comment differencier ces conclusions avec les conclusions des experiences précédentes. (lorsqu'on aura conclu concernant ces dernieres, évidemment ).

[obi76]

Re,

Une plaque de metal qui vibre tombe-t-elle plus lentement dans un liquide sous l'effet de la pesanteur, si oui par quel mécanisme, si non, comment differencier ces conclusions avec les conclusions des experiences précédentes.

question vraiment difficile et compliquée pour le coup... Concernant le liquide, peut-on considérer que de l'air peut aller entre la plaque et le liquide ? Le liquide peut-il se fragmenter ?

[inviteccac9361]

Re,
question vraiment difficile et compliquée pour le coup... Concernant le liquide, peut-on considérer que de l'air peut aller entre la plaque et le liquide ? Le liquide peut-il se fragmenter ?

Bien vu , comme par cavitation sous l'effet des ondes sonores effectivement, en fonction de la puissance et de la fréquence.
C'est vrai que c'est contre-intuitif et la vérité est peut-être entre les deux, surtout qu'ici il s'agit d'un solide, avec liaisons de van der waals etc et non pas une onde sonore.