Si vous avez des enfants ou si vous êtes étudiant, vous serez sans doute amener à vivre des sensations fortes dans un parc d’attraction pendant les vacances.
Pourquoi profiter de l’occasion pour apprendre une loi de physique : Energie mécanique = Energie potentielle + Energie cinétique.
Je vous ai déjà perdu ? non attendez, vous allez le constater, c’est simple !
Si vous n’avez pas encore vomi votre estomac après toutes ces sensations fortes, voici une façon ludique et simple d’expliquer à votre enfant d’où viennent ces sensations inédites et surtout pourquoi vous êtes tous encore en vie …
Comprendre les échanges d’énergie au cours du mouvement d’un wagon
Le wagon MONTE la pente : Au tout début des montagnes russes, le wagon dans lequel vous vous trouvez et qui n’a pas de moteur, sera souvent tracté pour monter une rampe d’accès. En gravissant cette rampe, le wagon va accumuler de l’énergie potentielle grâce à l’altitude qu’il prend. C’est de l’énergie qui comme son nom l’indique, peut potentiellement être libérée quand ce wagon sera « abandonné » à son poids.
Le wagon DEVALE la pente : En effet, quand le wagon descend (quand vous sentez votre intestin grêle dans votre nez), son énergie potentielle diminue puisque son altitude diminue mais sa vitesse augmente et donc une autre forme d’énergie, qu’on appelle énergie cinétique augmente.
Energie potentielle + Energie cinétique = Energie mécanique
Pour que le wagon avance tout le long du circuit qui a été imaginé, il faut que la somme de ces deux énergies (énergie potentielle + énergie cinétique = énergie mécanique) reste constante. Il faut donc toujours que la perte d’une énergie soit compensée par le gain de l’autre énergie. Pour ce faire l’ingénieur doit se faire succéder au mieux descentes et montées.
Pour voir une animation bien faite sur le sujet, cliquez ici.
Si le wagon descend, son énergie cinétique augmente, ce qui compense la perte d’énergie potentielle. De la même façon, quand le wagon « gravit » la pente, sa vitesse diminue mais il prend à nouveau de l’altitude et donc compense cette perte de vitesse (et d’énergie cinétique) par une augmentation de son énergie potentielle et ainsi de suite.
Ne pas mourir dans une looping …
Pour ne pas tomber au sol en plein looping, il faut que le wagon aie suffisamment d’énergie cinétique lorsqu’il arrive dans la boucle pour « adhérer » aux rails. Une petite erreur de calcul avec une rampe d’accès pas assez haute par exemple voudrait dire pas assez d’énergie potentielle « emmagasinée » au sommet de cette rampe qui se transforme en une énergie cinétique insuffisante au moment d’entrer dans la boucle ! Aie ça fait mal !
Les « pourquoi »
Vous aurez peut-être des questions du genre …
- Pourquoi les rails ne ralentissent pas le wagon ? Il y a toujours des forces de frottement entre le wagon et les rails mais les ingénieurs essaient de minimiser ces frottements le plus possible et ils en tiennent également compte dans leurs calculs quand ils imaginent l’attraction.
- Si le wagon est tout le temps en mouvement, pourquoi ralentit-il quand l’attraction est finie ? Ce sont des freins qui vont arrêter la course folle du wagon et diminuer son énergie mécanique totale.
Et oui, même pendant les vacances il est utile de se creuser les méninges ..
Mais maman, et les formules ? Pour aller plus loin :
L’énergie potentielle (Ep = m x g x H) dépend de la force d’apesanteur et de l’altitude …
avec m la masse en kg, g la gravité sur la Terre (9.81m/s/s) et H la hauteur en m
L’énergie cinétique (Ec = 1/2 x m x v²) dépend de la masse et de la vitesse
avec m la masse en kg et v la vitesse en m/s
Finalement, l’énergie mécanique sera donc Em = Ep + Ec = m x g x H + 1/2 x m x v²
Mais bon, cela commence vraiment à ressembler à un cours de physique en bonne et due forme. Le but est avant tout de profiter d’un moment fun et de créer une « accroche » dans le cerveau d’un enfant/ado attentif, pas forcément de lui apprendre les formules.
Toutes les occasions sont bonnes pour apprendre même pendant les vacances
Les occasions d’apprendre en s’amusant sont nombreuses, d’autant plus avec les lois de la physique qui nous « vivons » au quotidien sans nous en rendre compte. J’espère que vous profiterez comme moi des activités familiales pour tenter d’éveiller la curiosité de vos enfants et leur plaisir à comprendre le monde qui les entoure.
N’hésitez pas à vous abonner au blog pour recevoir régulièrement des petits billets sympas sur des activités ludiques, des ressources pédagogiques intéressantes et nos articles bien étoffés sur les recherches en neurosciences.
D’autres idées d’activités ludiques et pédagogiques pendant les vacances ICI
Source Image via clic