1. Mécanique et mouvement:
* levier: Le bras d'une catapulte agit comme un levier, amplifiant la force appliquée pour lancer le projectile. Plus le bras de levier est long, plus la force est grande.
* Mouvement de projectile: Les catapultes lancent des projectiles dans un arc parabolique, présentant les principes de la gravité et de l'inertie. L'angle de lancement affecte la gamme et la trajectoire du projectile.
* Transfert d'énergie: L'énergie potentielle stockée dans le bras catapulte étiré ou torsadé est convertie en énergie cinétique lors de sa libération, lançant le projectile.
2. Physique:
* Lois du mouvement de Newton:
* Première loi de Newton (inertie): Le projectile reste au repos jusqu'à ce que la catapulte applique une force. Une fois lancé, il se poursuit en mouvement jusqu'à ce qu'il soit agi par une autre force (comme la gravité).
* La deuxième loi de Newton (force et accélération): Plus la force appliquée par la catapulte est grande, plus l'accélération du projectile est grande.
* La troisième loi de Newton (réaction d'action): La catapulte exerce une force sur le projectile, et le projectile exerce une force égale et opposée sur la catapulte.
* Conservation de l'énergie: L'énergie totale du système (catapulte et projectile) reste constante, ne changeant que les formes (du potentiel à l'énergie cinétique).
3. Ingénierie:
* Conception et construction: Les catapultes démontrent différents principes d'ingénierie:
* Intégrité structurelle: La catapulte doit être construite pour résister aux contraintes du lancement de projectiles.
* Sélection des matériaux: Différents matériaux sont utilisés pour différentes parties, en fonction de leur résistance, de leur flexibilité et de leur poids.
* Efficacité: La conception de la catapulte peut être optimisée pour maximiser la gamme et la précision du projectile.
Expérimentation de catapultes:
En construisant et en testant des catapultes, vous pouvez explorer ces principes scientifiques de manière amusante et engageante. Vous pouvez enquêter:
* La façon dont la modification de la longueur, de la tension ou de l'angle de lancement du bras affecte la trajectoire et la distance du projectile.
* Comment différentes masses de projectiles affectent la force de lancement et la distance.
* Comment construire une catapulte à la fois forte et précise.
Les catapultes sont un outil fantastique pour enseigner et apprendre sur les sciences, la technologie, l'ingénierie et les mathématiques (STEM). Ils offrent une approche pratique pour comprendre les concepts de physique fondamentale et l'application créative des principes d'ingénierie.
