Le mouvement (ou l’absence de mouvement) du point de suspension d’un objet est observé lorsque l’objet est frappé d’un coup.

Ce qu’il montre

Le centre de percussion (COP) est l’endroit sur une batte ou une raquette où elle peut être frappée sans provoquer de réaction au point d’appui. Lorsqu’une balle est frappée à cet endroit, le contact se sent bien et la balle semble jaillir avec sa plus grande vitesse, ce qui est souvent appelé le sweet spot. À d’autres endroits que cet endroit, la batte ou la raquette peut vibrer ou même vous piquer les mains. Cette expérience montre l’effet en démontrant ce qui se passe lorsque vous frappez un modèle suspendu d’une chauve-souris à divers endroits.

Comment ça marche

Lorsqu’une batte ou une raquette est frappée à son centre de gravité (ROUAGE), elle avance (sans rotation) dans le sens de la force. Frapper une batte ou une raquette à un endroit autre que son ROUAGE produit un couple autour de son rouage, ce qui entraîne un mouvement de rotation et de translation, comme illustré ci-dessous pour le cas d’un bâton.

De plus, il existe un point qui, lorsqu’il est frappé, aura pour conséquence que la vitesse de translation vers l’avant et la vitesse de rotation vers l’arrière sont égales et opposées. Ce point est appelé le centre de percussion.

Le goujon 2 × 4 (de 140 cm de long) représente notre chauve-souris et est suspendu à un goujon horizontal par un boulon en U (fixé à une extrémité du 2 × 4) comme indiqué ci-dessus. Le 2 × 4 peut tourner autour du point de suspension et le boulon en U de suspension (point de pivot) peut lui-même se déplacer horizontalement.

Dans la première des trois situations représentées sur les dessins, une force (coup de marteau) est appliquée sous le COP. Il en résulte une vitesse de rotation considérable dans le sens antihoraire (supérieure à la vitesse de translation vers l’avant) et le point de suspension est secoué vers la gauche. Si la force est appliquée entre le COP et le rouage (illustration du milieu), la vitesse vers l’avant dépassera la vitesse de rotation au point de pivotement et il y aura une poussée vers l’avant sur le point de pivotement vers la droite. Frapper au-dessus du ROUAGE (non illustré) donnera des vitesses de rotation et de translation dans la même direction, et le point de suspension se déplacera clairement vers la droite. Dans le troisième cas, le 2 × 4 est frappé à la COP, qui est située aux 2/3 du chemin vers le bas. Les vitesses avant et de rotation sont égales et opposées au point de suspension, qui reste stationnaire.

Parfois, le centre de percussion est appelé centre d’oscillation. La raison de ceci peut être démontrée en suspendant un pendule simple dont la longueur est égale à la distance entre le point de pivotement et le COP. Le 2 × 4 et le pendule auront la même période d’oscillation. 1

La mise en place

C’est facile — il suffit de soutenir le goujon de suspension horizontal à partir de deux pinces de laboratoire fixées au banc de lecture. Le goujon horizontal comporte une encoche en V peu profonde pour que le boulon de suspension puisse reposer. Le boulon saute hors de l’encoche lorsqu’un point autre que le COP est touché. Un maillet ou un marteau en caoutchouc dur complète la configuration. Nous avons une sélection de vraies battes de baseball et raquettes de tennis si le conférencier souhaite suivre cette voie.

Il pourrait être amusant d’essayer de vraies battes de baseball et raquettes de tennis. Ceux-ci pourraient être suspendus et touchés en divers points. Parce que leurs formes sont plus complexes, il faudra un peu d’expérimentation pour identifier l’emplacement de la COP. La synchronisation de la période d’oscillation et le calcul de la longueur du pendule simple correspondante devraient faire l’affaire. Comparer les emplacements du COP de chauves-souris en bois et en aluminium pourrait également être instructif.

1 Le 2 × 4 est un pendule physique dont la période d’oscillation est , comparé à un pendule simple dont la période est . Ainsi un pendule simple 2/3 de la longueur d’un pendule physique aura une période identique.