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Comment la physique peut t’aider à mieux jouer au billard?

Nadia Bragagnolo
Lisibilité
7.17

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Le billard est un jeu qui permet de voir fonctionner les principes physiques de collision, de quantité de mouvement et d’impulsion ainsi que de cinétique.

En jouant au billard, as-tu déjà cru que tu allais empocher une bille pour finalement la voir partir dans une tout autre direction aussitôt frappée? Certains joueurs sont devenus maîtres dans l’art du billard et ont rendu ce sport extrêmement divertissant à regarder.

Pour jouer au billard, il faut une baguette par joueur, plusieurs billes (ou boules) et une table recouverte d’un tapis de feutre. L’une des formes les plus populaires du billard est le billard à blouses. Au billard à blouses, les joueurs utilisent la baguette pour frapper une bille blanche, appelée bille de choc, et envoyer celle-ci heurter des billes similaires afin de les faire tomber dans des trous semi-circulaires appelés poches et situés le long du bord intérieur de la table.

Le savais-tu?

Florian « Venom » Kohler détient plusieurs records du monde Guinness au billard. En 2017, il a empoché 70 billes en une minute! Il a aussi battu le record du plus haut saut donné à une bille de billard avec 34 centimètres.

Regarde la vidéo de Florian « Venom » Kohler battant deux records mondiaux Guinness au billard. Source : Whistle.

Il existe trois formes officielles de billard : le billard à blouses, le billard européen et le snooker. Celle que tu connais probablement le mieux est le billard à blouses. Le billard à blouses se joue avec 15 billes de couleur, une bille de choc et une table à poches. Le snooker est une variante du billard à blouses qui comporte 21 billes de couleur, une bille de choc et une table plus grande. Le billard européen se joue avec 3 billes sur une table sans poches.

Représentation d’une table de billard
<p>Repr&eacute;sentation d&rsquo;une table de billard avec une baguette, une bille de choc et des billes num&eacute;rot&eacute;es (source : <a href="https://pixabay.com/users/Clker-Free-Vector-Images-3736/?utm_source=link-attribution&amp;utm_medium=referral&amp;utm_campaign=i…">Clker-Free-Vector-Images</a> via <a href="https://pixabay.com/vectors/pool-table-pocket-billiards-34356/#">Pixabay</a>).</p>

Au billard, les coups peuvent sembler compliqués. Cependant, les concepts physiques comme la quantité de mouvement, l’impulsion et l’énergie cinétique peuvent nous aider à comprendre ces coups.

Qu’est-ce que la quantité de mouvement?

En mathématiques, la quantité de mouvement d’un objet est égale à la masse de cet objet multipliée par son vecteur vitesse (vitesse avec une direction). En fait, il s’agit simplement de la mesure de la probabilité qu’un objet en mouvement reste en mouvement. Quand une bille de billard roule sur la table, elle a une quantité de mouvement.

Quand une bille frappe une autre bille ou un bord de la table (appelé bande), son vecteur vitesse change. Un changement du vecteur vitesse peut venir d’un changement de la vitesse, d’un changement de la direction, ou des deux. Si le vecteur vitesse d’une bille change, la quantité de mouvement de la bille change aussi. Le terme qui désigne ce changement de la quantité de mouvement dans le temps est impulsion.

Le savais-tu? 

Autrefois, les billes de billard étaient fabriquées dans des matériaux variés comme le bois, l’argile et même l’ivoire d’éléphant. Aujourd’hui, la plupart des billes sont en résine.

Que se passe-t-il quand des billes entrent en collision?

Une collision est un concept qui décrit ce qui se passe quand deux objets, dont au moins un est en mouvement, se heurtent. Il existe deux types de collisions : la collision inélastique et la collision élastique. Quel que soit le type de collision, la quantité de mouvement est conservée. Cela signifie que la quantité totale de mouvement de tous les objets est la même avant la collision et après.

Si la quantité de mouvement est conservée dans tous les types de collisions, comment les différencier? Tu peux voir cette différence en observant la manière dont les objets bougent après s’être heurtés. Ce mouvement dépend de leur énergie cinétique, qui est l’énergie qu’un objet possède chaque fois qu’il est en mouvement.

Que se passe-t-il dans une collision inélastique?

Dans une collision inélastique, les objets qui se heurtent ne se repoussent pas les uns les autres. L’énergie cinétique des objets avant la collision n’est pas la même que celle qui existe après la collision. Une partie de l’énergie cinétique se transforme en différents types d’énergie comme la chaleur, la lumière et le son. Par exemple, au billard, une collision inélastique se produit quand le joueur frappe la bille de choc avec sa baguette.

Avant la collision, la baguette bouge à grande vitesse vers la bille. Après la collision, la baguette cesse de bouger. Elle a transféré une partie de son énergie cinétique à la bille de choc, qui se met à rouler. Cependant, une partie de l’énergie cinétique est perdue en frottement entre la bille et la table.

Après la collision avec la baguette
<p>Apr&egrave;s la collision avec la baguette, la bille de choc roule vers l&rsquo;avant (source : <a href="https://www.istockphoto.com/ca/portfolio/mevans?mediatype=photography">mevans</a> via <a href="https://www.istockphoto.com/ca/photo/pool-table-gm157583846-12475074">iStockphoto</a>).</p>

Que se passe-t-il dans une collision élastique?

Dans une collision élastique, l’énergie cinétique des deux objets reste la même. Cela signifie que le total des vecteurs vitesse des deux objets après l’impact est le même qu’avant l’impact. Aucune énergie n’est convertie en un autre type d’énergie comme la chaleur ou la lumière. Où peut-on voir une collision élastique dans le monde réel? En fait, ce type de collision est difficile à trouver, mais il s’apparente à ce qui se passe quand une bille de billard en heurte une autre. Quand une bille en percute une autre, on entend généralement un son. Cependant, l’énergie perdue sous forme de son est infime par rapport à l’énergie totale. Étant donné que la perte d’énergie est extrêmement faible, on n’en tient généralement pas compte.

Si la bille de choc heurte de plein fouet une bille statique, elle cesse de bouger après la collision. Elle a transféré toute son énergie cinétique à l’autre bille, qui bouge vers l’avant avec le même vecteur vitesse que celui qu’avait la bille de choc avant la collision.

Une collision ne peut être élastique que si les masses sont égales. Les masses des billes de billard sont identiques, ce qui fait que certaines collisions sont quasiment élastiques.

Cette animation montre les différents résultats d’une collision de plein fouet entre deux billes (58 secs).

Que se passe-t-il quand on frappe une bille selon un certain angle?

La plupart des collisions ne se produisent pas en plein centre des billes. Souvent, tu dois frapper la bille selon un certain angle pour la faire aller là où tu le veux. C’est maintenant que la compréhension de la physique des collisions devient vraiment essentielle. Quand la bille de choc frappe une autre bille selon un certain angle, elle conserve une partie de son vecteur vitesse original. Les deux billes roulent. Plus ton point d’impact est éloigné du centre de la bille de choc, plus celle-ci conserve son vecteur vitesse.

https://youtu.be/dRJTz8Xw3Yk La conservation de la quantité de mouvement (2017) par Service audiovisuel de l'UNamur (1 min 38 secs).

Résumé...

La prochaine fois que tu joueras au billard, essaie d’appliquer tes nouvelles connaissances sur la physique et les collisions. Tu joueras sûrement beaucoup mieux! Avec de l’entraînement, tu réaliseras des coups extraordinaires comme Florian « Venom » Kohler avant même de t’en rendre compte!

Points de départ

Connecter et Relier

  • As-tu déjà joué au billard? Quelles difficultés as-tu rencontrées? À quoi réfléchis-tu avant de frapper ta bille?
  • Aimerais-tu faire des figures de billard comme Florian « Venom » Kohler? Selon toi, qu’est-ce qui contribue à l’habileté et à la réussite d’un maître au billard?
  • Connais-tu d’autres jeux dans lesquels les connaissances sur les collisions peuvent t’aider à gagner? (P. ex., le croquet, le jeu de quilles et le jeu de billes en verre)

Connecter et Relier

  • As-tu déjà joué au billard? Quelles difficultés as-tu rencontrées? À quoi réfléchis-tu avant de frapper ta bille?
  • Aimerais-tu faire des figures de billard comme Florian « Venom » Kohler? Selon toi, qu’est-ce qui contribue à l’habileté et à la réussite d’un maître au billard?
  • Connais-tu d’autres jeux dans lesquels les connaissances sur les collisions peuvent t’aider à gagner? (P. ex., le croquet, le jeu de quilles et le jeu de billes en verre)

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • En quoi la compréhension des collisions peut-elle aider à enquêter sur les accidents?
  • Quand les matériaux utilisés pour fabriquer un objet sont-ils choisis en raison de leur propriété élastique en cas de collision? (P. ex., une balle en mousse, un bâton de baseball, un casque de vélo)

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • En quoi la compréhension des collisions peut-elle aider à enquêter sur les accidents?
  • Quand les matériaux utilisés pour fabriquer un objet sont-ils choisis en raison de leur propriété élastique en cas de collision? (P. ex., une balle en mousse, un bâton de baseball, un casque de vélo)

Explorer les Concepts

  • Qu’est-ce qu’une collision inélastique? Peux-tu citer quelques exemples de collisions inélastiques?
  • Qu’est-ce qu’une collision élastique? Peux-tu citer quelques exemples de collisions élastiques?
  • En quoi la masse d’un objet influe-t-elle sur la quantité de mouvement?
  • Peux-tu expliquer le transfert d’énergie qui se produit quand une bille de choc heurte une autre bille de plein fouet? Qu’arrive-t-il au transfert d’énergie quand la bille de choc frappe une autre bille selon un certain angle?

Explorer les Concepts

  • Qu’est-ce qu’une collision inélastique? Peux-tu citer quelques exemples de collisions inélastiques?
  • Qu’est-ce qu’une collision élastique? Peux-tu citer quelques exemples de collisions élastiques?
  • En quoi la masse d’un objet influe-t-elle sur la quantité de mouvement?
  • Peux-tu expliquer le transfert d’énergie qui se produit quand une bille de choc heurte une autre bille de plein fouet? Qu’arrive-t-il au transfert d’énergie quand la bille de choc frappe une autre bille selon un certain angle?

Suggestions d'enseignement

  • Cet article et les vidéos qu’il contient peuvent servir pour des activités d’enseignement et d’apprentissage dans les catégories « Mathématiques » et « Physique » afin d’aborder des sujets comme l’énergie potentielle et l’énergie cinétique, les collisions, la quantité de mouvement et l’impulsion, et la cinématique. Parmi les concepts présentés, citons la baguette de billard, la bille de choc, la bande, les poches, le vecteur vitesse, la vitesse, la direction, l’impulsion, la collision, l’énergie cinétique, la collision inélastique et la collision élastique.
  • Après leur avoir fait lire l’article et regardé la vidéo intégrée, les enseignants peuvent demander aux élèves de remplir une Toile de définition du concept afin de les aider à comprendre le concept de collision. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser de la Toile de définition du concept sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].
  • Après leur avoir fait lire l’article et regardé la vidéo intégrée La conservation de la quantité de mouvement, les enseignants peuvent demander aux élèves de recueillir et de comparer les renseignements fournis dans cet article et dans la vidéo en appliquant la stratégie d’apprentissage du Diagramme de Venn – Texte et vidéo.es fiches reproductibles prêtes à utiliser du diagramme de Venn – Texte et vidéo sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].

Suggestions d'enseignement

  • Cet article et les vidéos qu’il contient peuvent servir pour des activités d’enseignement et d’apprentissage dans les catégories « Mathématiques » et « Physique » afin d’aborder des sujets comme l’énergie potentielle et l’énergie cinétique, les collisions, la quantité de mouvement et l’impulsion, et la cinématique. Parmi les concepts présentés, citons la baguette de billard, la bille de choc, la bande, les poches, le vecteur vitesse, la vitesse, la direction, l’impulsion, la collision, l’énergie cinétique, la collision inélastique et la collision élastique.
  • Après leur avoir fait lire l’article et regardé la vidéo intégrée, les enseignants peuvent demander aux élèves de remplir une Toile de définition du concept afin de les aider à comprendre le concept de collision. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser de la Toile de définition du concept sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].
  • Après leur avoir fait lire l’article et regardé la vidéo intégrée La conservation de la quantité de mouvement, les enseignants peuvent demander aux élèves de recueillir et de comparer les renseignements fournis dans cet article et dans la vidéo en appliquant la stratégie d’apprentissage du Diagramme de Venn – Texte et vidéo.es fiches reproductibles prêtes à utiliser du diagramme de Venn – Texte et vidéo sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].

En savoir plus

Venom Trickshots II (2014) -- Compilation des meilleures figures de billard artistique réalisées par l’un des plus grands maîtres en la matière, Florian « Venom » Kohler (vidéo, 3 mins 6 s).

Physique des collisions Université de Sherbrooke -- Ce cours de mécanique classique traite en profondeur du processus de collision à l’aide de nombreuses formules pertinentes.

La théorie des collisions Alloprof -- Cette page contient une explication avec des graphiques sur la manière dont les collisions sont modélisées en chimie.

Références

Crash Course. (2015, juin 2). Collisions: Crash course physics #10.

Encyclopaedia Britannica. (2018). Billiards: game group.

Isaac Physics. (n.d.). Collisions. University of Cambridge.

Jain, M. C. (2009). Textbook of engineering physics: Pt. i. Phi Learning.

MIT Blossoms. (2015, septembre 28). The physics of pool.

Science Clarified. (n.d.). Momentum - Real-life applications.

Shamos, M. I. (2003). The new illustrated encyclopedia of billiards. Lyons Press.