Concepts clés
Physique
Énergie potentielle
Énergie cinétique
Conservation de l’énergie
Machine simple
Introduction
Admettez-le, vous avez probablement lancé un élastique au moins une fois – tiré une extrémité en arrière et lavez laissé voler. Avez-vous déjà pensé que les élastiques pouvaient aussi être une façon amusante dapprendre la physique et lingénierie? Découvrez dans ce projet où vous construirez une voiture alimentée par un élastique.
Contexte
Lorsque vous étirez un élastique, il stocke de lénergie potentielle. Plus précisément, il stocke lénergie potentielle élastique – le type dénergie stockée lorsquun matériau est déformé (par opposition à lénergie potentielle gravitationnelle, le type que vous obtenez lorsque vous soulevez un objet du sol). Lorsque vous libérez tout, cette énergie stockée doit aller quelque part. Si vous lancez un élastique à travers la pièce, lénergie potentielle est convertie en énergie cinétique, lénergie du mouvement.
Mais quen est-il de lutilisation de toute cette énergie stockée? Vous pouvez attacher votre élastique à une simple machine – une roue et un essieu – pour construire une simple voiture alimentée par un élastique. Dans les voitures réelles, l’énergie chimique de l’essence ou l’énergie électrique d’une batterie est convertie en énergie cinétique de la voiture en mouvement. Votre modèle réduit de voiture utilisera un élastique comme source dénergie. Il vous faudra un peu d’ingénierie pour faire fonctionner votre véhicule. Mettez-vous au défi de voir jusquoù votre voiture peut aller!
Matériaux
(Remarque: Il sagit dun projet de conception technique. Voici une liste suggérée de matériaux, mais vous pouvez en remplacer dautres.)
- Carton ondulé
- Deux pailles
- Deux brochettes en bois
- Quatre CD (qui peuvent être rayés)
- Éponge
- Trombone
- Élastiques assortis
- Ruban
- Ciseaux
- Surface plane et dure pour tester votre voiture
- Pistolet à colle chaude (en option)
Préparation
- Découpez soigneusement un morceau de carton ondulé légèrement plus long et plus large que la longueur dune paille.
- Collez les deux pailles sur le carton, parallèlement lune à lautre, une à chaque
- Découpez une encoche rectangulaire dans le carton à une extrémité, denviron un pouce par un pouce. Cela coupera également un segment au milieu de lune des pailles.
- Insérez une brochette en bois dans chaque paille. Ce seront les essieux de votre voiture.
- Découpez quatre petits carrés de l’éponge et appuyez-les soigneusement sur les extrémités des brochettes.
- Fixez des CD aux essieux pour former des roues. Pour ce faire, enfoncez un morceau déponge dans le trou au milieu du CD, puis utilisez du ruban adhésif pour fixer le CD et lempêcher de vaciller.
- Assurez-vous que votre voiture peut rouler en douceur. Posez-le sur une surface plane et appuyez dessus. Si nécessaire, ajustez les roues pour qu’elles soient toutes parallèles et qu’elles ne vacillent pas. Jusquoù pensez-vous que votre voiture ira lorsque vous lalimenterez avec de lénergie élastique?
Procédure
- Enroulez un élastique autour de la partie médiane exposée de la brochette en bois (où vous découpez une encoche dans le du carton et de la paille).
- Collez lélastique sur la brochette pour lempêcher de glisser – lorsque la brochette tourne, lélastique doit tourner avec.
- Coupez une petite fente dans au milieu du morceau de carton.
- Accrochez un trombone dans la fente.
- Accrochez lextrémité libre de lélastique sur le trombone.
- Enroulez lessieu connecté à lélastique. Si nécessaire, pincez lélastique sur lessieu lorsque vous démarrez, pour lempêcher de glisser.
- Posez votre voiture et relâchez lessieu. Ce qui se produit? Votre voiture avance-t-elle? Jusquoù ça va?
- Si votre voiture na pas bougé, il est temps de procéder à un dépannage.
- Si lélastique ne sest pas déroulé du tout, enroulez-le plus fermement et réessayez. Vous pouvez également essayer de changer lemplacement de la fente du trombone pour ajuster létanchéité de lélastique.
- Si lélastique sest déroulé mais que laxe ne tourne pas, il se peut que lélastique ne soit pas attaché assez solidement à la brochette. Essayez de lattacher à la brochette en faisant un nœud serré ou en utilisant de la colle chaude.
- Si les roues ont tourné mais que la voiture na pas avancé du tout, il se peut que la friction entre les CD et le sol. Essayez dutiliser la voiture sur une surface différente. Si cela ne fonctionne toujours pas, essayez de donner plus dadhérence à vos CD en étirant des élastiques autour deux ou en mettant un cordon de colle chaude le long des bords. (Laissez la colle sécher complètement avant de tester à nouveau votre voiture.)
- Continuez à expérimenter votre voiture. Apportez-y de petites modifications et testez-la à nouveau. Jusquoù pouvez-vous faire avancer la voiture?
- Plus: pensez à » économie de carburant »pour votre voiture à élastiques. Les voitures à essence calculent leur consommation de carburant en miles par gallon, ou combien de miles la voiture peut parcourir avec un gallon de carburant.Votre voiture utilise un élastique étiré comme source dénergie au lieu de lessence. Comment pouvez-vous mesurer «léconomie de carburant» pour différents modèles? Par exemple, combien de pieds votre voiture peut-elle parcourir par rotation denroulement initiale de lessieu? Comment cela change-t-il avec différents élastiques ou différentes positions de trombones? Quest-ce qui vous donne la meilleure économie de carburant?
- Extra: testez différents types délastiques pour alimenter votre voiture. Cela fonctionne-t-il mieux avec des longs ou des courts? Des matériaux épais ou fins?
- Extra: essayez dutiliser différents matériaux pour construire votre voiture. Que se passe-t-il si vous utilisez des capsules de bouteilles au lieu de CD pour les roues ou des crayons au lieu de brochettes pour les essieux?
- Extra: Faites ce projet avec des amis ou en famille. Chacun peut construire sa propre voiture et voir ensuite qui peut aller le plus loin.
- Plus: vous pouvez construire une voiture propulsée par un ballon au lieu dun élastique. Reportez-vous à la section « Plus à explorer » ci-dessous pour obtenir des instructions.
Observations et résultats
Lorsque vous remontez lessieu de la voiture, vous étirez lélastique et stockez de lénergie potentielle. Lorsque vous le relâchez, lélastique commence à se dérouler et lénergie potentielle est convertie en énergie cinétique lorsque la voiture est propulsée vers lavant. Plus vous étirez lélastique, plus lénergie potentielle est stockée, et plus la voiture devrait aller loin et vite.
Tout cela semble bien en théorie, mais en pratique, vous avez peut-être trouvé cela difficile. Plusieurs choses peuvent empêcher votre voiture de bien fonctionner. Si les roues ne sont pas correctement alignées, elles peuvent osciller ou se coincer et empêcher la voiture de rouler en douceur. Lélastique peut glisser par rapport à lessieu en bois, empêchant les roues de tourner. Même si les roues patinent, il se peut quil ny ait pas assez de friction avec le sol, ce qui les fait patiner sur place sans déplacer la voiture. Ce sont tous des défis que vous pouvez surmonter avec un petit effort dingénierie!
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