Musée des sciences et de la technologie du Canada
Cap sur le plaisir dans Exploratek : 3, 2, 1… PARTEZ!
6 m
15 janv. 2020
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Ingenium | Michelle Campbell Mekarski
Vu de l’extérieur, l’atelier de fabrication Exploratek ressemble à l’atelier du père Noël. Situé au Musée des sciences et de la technologie du Canada à Ottawa, cet espace de bricolage est pourvu d’armoires remplies de matériaux et d’outils. C’est l’endroit par excellence pour quiconque désire démonter des choses, assembler des éléments pour créer, faire bouger ou s’allumer des objets — bref, pour créer tout ce qu’on peut imaginer.
Tout visiteur du Musée qui entre dans Exploratek est invité à relever un défi. Comme employée du Musée des sciences et de la technologie du Canada, je réalise chaque jour toutes sortes de projets amusants. À l’automne, on m’a aussi lancé un défi Exploratek! Ma mission Exploratek me semblait facile au début : concevoir et construire une machine simple pour lancer un projectile au-dessus d’un « champ de bataille » afin de faire tomber un château (possiblement défendu par un méchant sorcier).
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Ingenium | Michelle Campbell Mekarski
Le champ de bataille.
J’ai décidé de m’inspirer d’un objet qu’on peut associer aux pirates, aux chevaliers du Moyen Âge, à Léonard de Vinci et au Musée des sciences et de la technologie du Canada : des catapultes!
Qu’est-ce qu’une catapulte?
Une catapulte est une machine simple qui sert à projeter des objets. À l’origine, on a conçu des catapultes pour lancer des projectiles durant les batailles ou des guerres. De nos jours, elles sont utilisées pour diverses raisons; ce sont, entre autres, des jouets, mais aussi des dispositifs pour lancer des citrouilles, et même faire décoller des aéronefs et des avions à réaction sur le pont d’envoi court des porte-avions.
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1) Catapulte en blocs LEGO de Caleb Wagoner (réutilisation et modification autorisées); 2) Pumpkin Chuck de Joe Shlabratnik (réutilisation et modification autorisées); 3) Photo du porte-avions appartenant au domaine public.
Une catapulte en blocs LEGO, un concours de lancer de citrouilles et un avion décollant d’un porte-avions grâce à une catapulte.
Le levier de la catapulte transfère l’énergie emmagasinée (ici, dans un élastique tendu) au projectile sous forme d’énergie cinétique (énergie de l’objet en mouvement). En tirant sur le levier de la catapulte, on étire l’élastique, ce qui permet d’emmagasiner l’énergie potentielle. Lorsqu’on lâche le levier, l’énergie emmagasinée est libérée, puis convertie en énergie cinétique et transférée au projectile qui est propulsé dans les airs.
Construction d’une catapulte en pièces K’NEX
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Ingenium | Michelle Campbell Mekarski
Dans Exploratek, on trouve plusieurs grandes boîtes contenant tous les types de pièces K’NEX imaginables.
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Devant l’ampleur du choix, j’ai décidé de commencer par construire quelque chose de simple : une bonne base solide. Après tout, une catapulte ne peut pas bien fonctionner si elle ne tient pas debout!
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J’ai ajouté des pièces de soutien supplémentaires de chaque côté pour solidifier la base!
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Ensuite, j’ai construit le levier — l’élément essentiel d’une catapulte! J’ai ajouté une bande élastique (indiquée par la flèche verte) comme source d’énergie. J’ai rapidement découvert que, plus la bande élastique était tendue, plus l’énergie transmise au projectile en liège était grande. Cependant, cela signifiait aussi que le levier propulsait l...
Ensuite, j’ai construit le levier — l’élément essentiel d’une catapulte! J’ai ajouté une bande élastique (indiquée par la flèche verte) comme source d’énergie. J’ai rapidement découvert que, plus la bande élastique était tendue, plus l’énergie transmise au projectile en liège était grande. Cependant, cela signifiait aussi que le levier propulsait le bouchon droit vers le sol, alors le bouchon ne se rendait pas très loin. J’ai fini par utiliser une tige bleue (indiquée par la flèche bleue) pour « bloquer » le levier afin que le bouchon soit lancé droit devant. J’ai trouvé l’idée plutôt astucieuse.
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La dernière étape consistait à ajouter une cuillère en plastique dans laquelle je pourrais placer mon projectile. C’était maintenant le moment de faire des tests!
Phase d’essai
Après avoir recruté quelques guides du Musée pour m’aider, j’ai pu commencer les essais.
Lors du premier test, le projectile n’a pas réussi à traverser tout le champ de bataille. De toute évidence, l’énergie cinétique n’était pas suffisante. Pour accroître l’énergie cinétique, il fallait augmenter l’énergie potentielle, donc le nombre d’élastiques!
Lors du deuxième tir, le bouchon (ou projectile) a traversé la pièce — génial! Le seul problème à résoudre était la précision du tir. Le bouchon s’est élevé beaucoup trop haut. Nous avons donc apporté quelques ajustements à l’angle du levier de la catapulte et à la tige servant à « bloquer » celui-ci, puis nous avons fait un nouvel essai.
Ça y était presque! Quand on ne réussit pas du premier coup, on essaie à nouveau!
Ça y est! VICTOIRE!
Et pourquoi pas une catapulte horizontale?
Après avoir réussi à assiéger le château, les guides et moi nous sommes penchés sur d’autres armes de siège. Nous nous sommes demandé s’il était possible de lancer un projectile horizontalement, au cas où il faudrait lancer un projectile sous un obstacle.
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Encore une fois, nous avons commencé par construire ce qui nous semblait être une base solide.
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Malheureusement, nous avons rapidement constaté que tout le dispositif se brisait chaque fois que nous relâchions le levier de la catapulte horizontale. Nous avons donc renforcé la base, le levier et le pivot.
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Nous nous sommes retrouvés, en un rien de temps, avec une catapulte géante — toute une bête!
Maintenant que la catapulte était solidement assemblée, le moment était venu de la tester à nouveau! Malheureusement, aucune mise au point n’a permis à la catapulte de tirer ses projectiles très loin.
Cette arme s’est toutefois avérée excellente comme bélier!
Créativité et conception
Tout a commencé lorsqu’un jour, on a voulu savoir comment fabriquer une simple catapulte. En un rien de temps, nous nous sommes retrouvés avec toute une collection! Dans l’atelier dans Exploratek, les visiteurs et les guides du Musée font des expériences en modifiant la tension, la longueur et la taille des pièces, et ils créent par la même occasion une variété d’engins de siège.
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Sur la photo, on voit : un trébuchet fonctionnel (indiqué par la flèche bleue), qui est activé par l’énergie potentielle de la gravité plutôt que par des bandes élastiques; une catapulte compacte (indiquée par la flèche orange), qui est sans doute la catapulte la plus puissante dans la pièce; et une catapulte mobile (indiquée par la flèche verte), qui pourrait s’avérer utile si le sorcier téléportait son château à un nouvel endroit.
Ce dispositif de lancement est mon favori : l’arbalète en pièces K’NEX! Il suffit d’enrouler la bande élastique, puis de la relâcher pour lancer la flèche avec une vitesse étonnamment vertigineuse!Je ne sais pas qui l’a fabriquée, mais je voue une grande admiration à cette personne!.
Dernières réflexions
Je pensais passer environ une heure dans Exploratek, mais je me suis tellement laissé absorber par le défi (et les suivants!) que j’y suis restée pendant presque trois heures. Je crois que ce sont les possibilités illimitées de ce défi qui l’ont rendu aussi intéressant à mes yeux. Sa simplicité apparente (le défi consiste à construire une machine pour lancer un bouchon d’un bout à l’autre de la pièce) est trompeuse.
Le dispositif créé peut être d’une très grande simplicité ou d’une complexité technique telle que sa construction pourrait accaparer un ingénieur pendant des heures! J’ai dû résoudre de nombreux problèmes de conception tout au long du processus, mais la nature du défi m’a incitée à revoir mon concept, à formuler et à tester des hypothèses, à collaborer avec d’autres personnes et à évaluer les résultats obtenus.
Les activités de bricolage comme celles-ci sont importantes parce qu’elles aident les enfants (et les adultes!) à comprendre comment les choses fonctionnent et qu’elles leur donnent l’occasion de réfléchir, pendant leurs temps libres, à des idées afin de les approfondir et de les tester, et ce type de réflexion favorise l’invention et de l’innovation. Cela montre bien que, pour stimuler l’esprit critique et la créativité, on n’a pas besoin de faire des plans compliqués!
Vous aimeriez essayer cette activité?
Le défi d’une semaine 3, 2, 1… Partez! est l’un des plus populaires d’Exploratek, et il est mis au programme assez régulièrement. S’il vous intéresse, consultez la page consacrée à Exploratek. Vous pouvez également visiter le Musée des sciences et de la technologie du Canada pour vous informer du défi de la semaine.
Relevez ce défi à la maison!
Vous pouvez aussi construire des catapultes à l’aide d’un élastique et de nombreux objets que vous trouverez chez vous. Tentez l’expérience avec des blocs LEGO, des bâtonnets de bois, des crayons, des pièces de construction Tinkertoy, des canettes de boisson gazeuse, du carton ou tout autre objet à votre disposition! Fouillez dans le sous-sol, dans la corbeille à papier, dans le tiroir fourre-tout et dans le garage pour dénicher des objets qui pourraient vous servir à construire votre catapulte. Les petits objets, comme des bonbons, des boules de papier d’aluminium, des pompons, des billes, des blocs LEGO ou des bouchons, font d’excellents projectiles. Assurez-vous simplement de lancer votre projectile dans un endroit sécuritaire, où vous ne risquez pas d’atteindre quoi (ou qui) que ce soit d’autre que la cible choisie.
Nous aimerions bien voir vos créations! Publiez votre photo dans les médias sociaux en ajoutant le mot-clic #Exploratek dans votre message.
Et rappelez-vous de poser beaucoup de questions! En voici quelques-unes pour vous inspirer :
● Est-ce qu’une boulette de papier parcourt la même distance qu’une balle de ping-pong? Qu’en est-il d’une guimauve?
● Combien d’élastiques peut-on ajouter pour augmenter la distance parcourue?
● Que diriez-vous d’ajouter une deuxième cuillère en plastique pour faire un lanceur double?
● Quelle modification apporteriez-vous au dispositif (pièce plus longue, plus courte, etc.) pour lancer le projectile plus loin?
Michelle Campbell Mekarski
En tant que conseillère scientifique au Musée des sciences et de la technologie du Canada, Michelle Campbell Mekarski vise à combler l’écart entre la communauté scientifique et le public en rendant les sciences et la technologie intéressantes, accessibles et amusantes. Détentrice d’un doctorat en biologie évolutionniste et en paléontologie, elle possède de nombreuses années d’expérience en conception et en animation d’activités de vulgarisation scientifique. Dans ses temps libres à l’extérieur du Musée, elle enseigne à l’Université d’Ottawa ou à l’Université Carleton, fouille le sol à la recherche de fossiles ou se détend au bord de l’eau.
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