Défis de conception en ingénierie : Comment fonctionnent les aéroglisseurs?

Permission de reproduction : Engineers and Geoscientists British Columbia – Vancouver Branch

De nos jours, on se sert d’aéroglisseurs pour de nombreuses raisons. La Garde côtière en utilise pour des opérations de sauvetage. L’armée s’en sert pour transporter du matériel dans des conditions de terrain difficiles. Les entreprises du secteur de l’environnement en utilisent pour avoir accès à des écosystèmes sensibles sans provoquer de perturbations; on peut aussi s’en servir comme moyen de transport ou de divertissement. Savez-vous que l’aéroport international de Vancouver en possède même un? Les aéroglisseurs peuvent se déplacer sur l’herbe, sur les marais, sur la glace et la neige, sur des plans d’eau, sur le sable et sur la boue.

Objectif

Construire et mettre à l’essai un aéroglisseur.

Matériel nécessaire

  • Paille
  • Balles de tennis de table
  • Pistolet à colle chaude
  • Vieux CD ou disque
  • Ballon
  • Couvercle de bouteille à tirette
  • Pièce de monnaie

Instructions

  1. Expliquez le fonctionnement des aéroglisseurs :
    Les aéroglisseurs créent un mince coussin d’air sous leur caisse, une surface plate et étendue. Pensez à un jeu de hockey sur table pneumatique. Sinon qu’au lieu que l’air vienne de la table, il vient de l’aéroglisseur et est poussé vers le bas. Le coussin d’air réduit la friction entre la caisse de l’aéroglisseur et la surface qui se trouve dessous. Quand vous vous frottez les mains par exemple (vous pouvez l’essayer!), ça va glisser beaucoup mieux si vous y mettez du savon, parce que le savon réduit la friction entre vos mains.
     
  2. Montrez un coussin d’air et demandez aux participant.e.s de l’essayer :
    1. Tenez la paille droite et placez la balle de tennis de table dessus en la tenant ou en la mettant en équilibre.
    2. Penchez la tête vers l’arrière et commencez à souffler de l’air dans la paille.
    3. Continuez à souffler jusqu’à ce que la balle se soulève de la paille. L’espace entre les deux est un coussin d’air!

      Remarque : Dans le cas de participant.e.s plus âgé.e.s, vous pouvez leur parler des forces et de la façon dont la force de l’air soufflé vers le haut va à l’encontre de la force gravitationnelle de l’aéroglisseur qui le pousse vers le bas. Lorsque les deux forces s’équivalent, l’aéroglisseur plane. Si la force exercée par le coussin d’air augmente, l’aéroglisseur se soulève jusqu’à ce que les deux forces redeviennent égales. Si la force gravitationnelle augmente, l’aéroglisseur s’abaisse jusqu’à ce que les deux forces redeviennent égales. C’est la même chose pour la balle de tennis de table.
       
  3. Construction d’un aéroglisseur :
    1. Divisez les participant.e.s en groupes de deux ou trois. Chacun des groupes reçoit les éléments permettant de construire un aéroglisseur.
    2. Collez solidement le couvercle à tirette sur le trou dans le disque avec de la colle chaude (méthode recommandée) et/ou à l’aide de ruban. Il ne devrait pas y avoir de fente permettant à l’air de s’échapper entre le couvercle à tirette et le disque.
    3. Gonflez le ballon et pincez la base environ un pouce au-dessus de son extrémité. Étirez-le sur le couvercle (tout en veillant à ce que le couvercle soit ouvert).  Continuez de pincer ou de tordre son extrémité pour garder l’air à l’intérieur pendant que vous placez l’aéroglisseur à plat sur le sol.
       
  4. Essai de l’aéroglisseur :
    Fixez une ligne de départ et une ligne d’arrivée sur une surface plane et lisse. Un revêtement de sol en bois, en carrelage, en laminé, etc. ou une grande table constituent de bons choix. Ça ne fonctionnera pas bien sur un tapis. Alignez tous les aéroglisseurs avec les ballons gonflés et leur embouchure pincée. Lancez la course en disant « Trois, deux, un, partez ». Les participant.e.s doivent lâcher leur ballon et pousser leur aéroglisseur vers l’avant. Le premier qui franchit la ligne d’arrivée gagne. Si aucun des aéroglisseurs n’atteint la ligne d’arrivée, c’est celui qui a parcouru la plus grande distance qui gagne.
     
  5. Vous pouvez essayer les autres options ci-dessous pour tester les aéroglisseurs.
    1. Taille du ballon : Gonflez le ballon à différentes grosseurs (petit, moyen et gros) pour voir ce qui se passe avec l’aéroglisseur.
    2. Quantité de force : Gonflez le ballon et poussez l’aéroglisseur avec une force plus ou moins grande (faible, modérée et forte).
    3. Charge utile : Placez une pièce de monnaie sur le bord de l’aéroglisseur pour voir s’il va tout de même planer. Que se passe-t-il si vous en ajoutez plusieurs?
    4. Multiple : Trouvez-vous un autre groupe pour relier vos aéroglisseurs avec du ruban collant. Gonflez les deux ballons et lâchez-les en même temps.
       
  6. Remettez-vous en cercle et demandez aux participant.e.s de faire part de leur expérience. Reportez-vous aux questions posées pendant l’introduction, en plus des questions ci-dessous.
    1. Les aéroglisseurs ont-ils fonctionné? Pourquoi ou pourquoi non?
    2. Pensez-vous pouvoir toujours trouver la solution aux problèmes à la première tentative?
    3. À votre avis, y a-t-il d’autres éléments que vous pouvez chercher à comprendre pour résoudre ce problème?
    4. Que feriez-vous différemment si vous effectuiez une deuxième tentative (matériau différent pour construire la jupe, ailettes, ballon de forme différente, etc.)?
    5. Que feriez-vous comme la première fois?