Comment construire des montagnes russes?

Comment construire des montagnes
russes?
Concevez et construisez des montagnes russes et relevez ce défi
passionnant!
Lieu : à l’intérieur
Durée : 1-2 heures
Concepts : énergie potentielle, énergie cinétique
Compétences : résolution de problèmes, conception
Matière(s) :
 Ingénierie & technologie
Âges :
 9-11
Matériel :
 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
Quoi faire!
1. 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.
2. Au départ, dessinez un plan sur papier.
3. 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.
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Comment construire des montagnes
russes?
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. Tout au long de la
descente, 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!
Une fois en mouvement, le wagon continue d’avancer jusqu’à ce qu’une autre force agisse sur
lui. C’est la première des lois du mouvement énoncées par Newton : elle énonce qu’un objet
demeure immobile jusqu’à ce qu’une force agisse sur lui (quelque chose le pousse ou le tire) et
qu’un objet demeure en mouvement jusqu’à ce qu’une force agisse sur lui (quelque chose le
ralentit ou l’arrête).
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.
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Comment construire des montagnes
russes?
Allez plus loin!
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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?
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