Comment construire des montagnes russes?
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Essayez de construire un «super manège » en utilisant du matériel que vous avez à la maison.
Vous Avez Besoin
- Papier
- Crayon ou stylo
- Carton mince
- Bâtons d’artisanat
- Ruban à masquer
- Pailles
- Éponges
- Verres (en plastique, papier ou mousse de polystyrène)
- Bille
- Pâte à modeler
- Tout autre matériau jugé nécessaire par l’ingénieur
Mesures à prendre
- Vous êtes un ingénieur travaillant pour une société qui construit des montagnes russes et d’autres manèges pour des parcs d’attractions. Vous avez comme tâche de concevoir et construire des montagnes russes ayant au moins une boucle verticale. Le wagon (représenté par la bille) doit compléter le circuit et faire un arrêt complet en toute sécurité.
- Au départ, dessinez un plan sur papier.
- Construisez et testez les montagnes russes.
Suggestions :
- Choisissez des matériaux faciles à manipuler.
- Ancrez la structure dans de la pâte à modeler (ou un matériau similaire) pour assurer sa stabilité.
- Assurez-vous que la voie ait une surface régulière.
- Pour favoriser la réussite, testez la voie régulièrement,entre autres lorsque vous ajoutez de nouvelles sections.
- Utilisez des livres pour construire et supporter les pentes et les rampes.
Découverte
Dans la conception de montagnes russes, la première pente est toujours la plus fort. Un point de départ élevé permet au wagon de gagner beaucoup d’énergie potentielle gravitationnelle, c’est-à-dire la quantité de travail que pourra fournir l’objet grâce à l’énergie acquise durant sa descente. Heureusement, le wagon suit des voies et n’est pas en chute libre! L’énergie que le wagon acquiert sur la première pente devrait suffire pour le projeter jusqu’à la fin du parcours.
Le wagon est tiré vers le bas par la gravité et il continue d’accélérer jusqu’à ce qu’il arrive au bas de la pente. À cet endroit, l’énergie potentielle gravitationnelle s’est complètement transformée en énergie cinétique, c’est-à-dire l’énergie du mouvement. En d’autres mots, l’énergie se transforme d’énergie emmagasinée (potentielle) en mouvement (énergie cinétique). Plus l’énergie potentielle accumulée est grande (plus le point de départ est élevé), plus l’énergie cinétique est grande et plus le wagon va vite!
L’inertie est un mot que les physiciens utilisent pour décrire la tendance d’un objet de rester en mouvement. La résistance de frottement et celle de l’air sont deux forces qui agissent sur un wagon qui traverse des montagnes russes et qui le ralentissent. Cela veut dire que le wagon arrêtera éventuellement sans frein, même s’il en est souvent également équipé.
La force centripète agit également sur le wagon pendant qu’il traverse la boucle. Cette force est celle qui pousse ou tire un objet vers le centre et l’oblige à suivre un trajet circulaire. Si la force centripète dépasse la force de la gravité, le wagon traversera la boucle. Sinon, le wagon retournera au point de départ ou bien il tombera de la voie! Est-ce que votre bille a quitté la voie lors de votre premier essai? Si le wagon commence à traverser la boucle avec assez de vitesse, la bille continuera de suivre la voie grâce à l’inertie.
Un ingénieur qui dessine des montagnes russes ou tout autre manège pour un parc d’attractions doit prendre en considération toutes les forces qui sont en jeu afin d’assurer que le manège soit à la fois palpitant et sécuritaire pour le public.
- Faites l’activité avec un groupe d’amis. Travaillez en deux équipes et essayez d’accumuler le plus grand nombre de points : 3 points pour un demi-tour, 5 points pour chaque boucle traversée par le wagon et 1 point pour chaque pente montée par le wagon (la bille).
- Essayez de faire sauter la bille dans une tasse à la fin du trajet. Est-ce que ça fonctionne lors de chaque essai?
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Concevoir et construire un circuit à billes (Leçons) - Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire un circuit à billes qui répond à des critères précis.
- Concevoir et construire une haute tour (Leçons) - Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire la plus haute tour autoportante possible avec les matériaux fournis.
Qu’est-ce qui se passe?
Dans la conception de montagnes russes, la première pente est toujours la plus fort. Un point de départ élevé permet au wagon de gagner beaucoup d’énergie potentielle gravitationnelle, c’est-à-dire la quantité de travail que pourra fournir l’objet grâce à l’énergie acquise durant sa descente. Heureusement, le wagon suit des voies et n’est pas en chute libre! L’énergie que le wagon acquiert sur la première pente devrait suffire pour le projeter jusqu’à la fin du parcours.
Le wagon est tiré vers le bas par la gravité et il continue d’accélérer jusqu’à ce qu’il arrive au bas de la pente. À cet endroit, l’énergie potentielle gravitationnelle s’est complètement transformée en énergie cinétique, c’est-à-dire l’énergie du mouvement. En d’autres mots, l’énergie se transforme d’énergie emmagasinée (potentielle) en mouvement (énergie cinétique). Plus l’énergie potentielle accumulée est grande (plus le point de départ est élevé), plus l’énergie cinétique est grande et plus le wagon va vite!
L’inertie est un mot que les physiciens utilisent pour décrire la tendance d’un objet de rester en mouvement. La résistance de frottement et celle de l’air sont deux forces qui agissent sur un wagon qui traverse des montagnes russes et qui le ralentissent. Cela veut dire que le wagon arrêtera éventuellement sans frein, même s’il en est souvent également équipé.
La force centripète agit également sur le wagon pendant qu’il traverse la boucle. Cette force est celle qui pousse ou tire un objet vers le centre et l’oblige à suivre un trajet circulaire. Si la force centripète dépasse la force de la gravité, le wagon traversera la boucle. Sinon, le wagon retournera au point de départ ou bien il tombera de la voie! Est-ce que votre bille a quitté la voie lors de votre premier essai? Si le wagon commence à traverser la boucle avec assez de vitesse, la bille continuera de suivre la voie grâce à l’inertie.
Pourquoi est-ce important?
Un ingénieur qui dessine des montagnes russes ou tout autre manège pour un parc d’attractions doit prendre en considération toutes les forces qui sont en jeu afin d’assurer que le manège soit à la fois palpitant et sécuritaire pour le public.
Aller plus loin
- Faites l’activité avec un groupe d’amis. Travaillez en deux équipes et essayez d’accumuler le plus grand nombre de points : 3 points pour un demi-tour, 5 points pour chaque boucle traversée par le wagon et 1 point pour chaque pente montée par le wagon (la bille).
- Essayez de faire sauter la bille dans une tasse à la fin du trajet. Est-ce que ça fonctionne lors de chaque essai?
Pour plus d’informations sur ce sujet, consultez ces ressources de Parlons sciences :
- Concevoir et construire un circuit à billes (Leçons) - Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire un circuit à billes qui répond à des critères précis.
- Concevoir et construire une haute tour (Leçons) - Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire la plus haute tour autoportante possible avec les matériaux fournis.