Escale 4 : Pourquoi le bateau accélère sur une vague ?
La surface mouillée
La surface mouillée correspond à la surface de la coque en contact avec l’eau.
- Durée de l'expérience :
- 15 minutes
- Matériel :
- Un voilier
- Conditions météorologiques : vent faible et mer plate
- Protocole :
- Faire avancer le voilier au vent de travers
- Se reculer au maximum
- Observer l’équilibre longitudinal et évaluer la vitesse
- S’avancer au maximum
- Observer l’équilibre longitudinal et évaluer la vitesse
- Se placer de manière à obtenir un équilibre longitudinal
- Evaluer la vitesse
- Observation :
- Quand le bateau n’est pas dans ses lignes (équipage trop avancé ou reculé), la vitesse n’est pas optimale. On peut observer de nombreuses turbulences dans le sillage.
Cette expérience peut se réaliser à deux bateaux. Un des deux équipages se positionne de manière à avoir le moins de surface mouillée possible tandis que l’autre choisit successivement les positions extrêmes. La différence de vitesse entre les deux bateaux est flagrante. Elle permet de mettre en évidence l’importance du placement de l’équipage.
Le maintien de l’équilibre longitudinal
La position de l’équipage contribue à l’équilibre longitudinal du bateau. Dans une mer formée, l’équipage doit se déplacer afin de maintenir cet équilibre.
- Durée de l'expérience :
- 15 minutes
- Matériel :
- Un voilier
- Conditions météorologiques : vent médium et houle
- Protocole :
- Faire avancer le voilier au grand largue
- Se déplacer sur la coque de manière à conserver un équilibre longitudinal
- Observation :
- Différents facteurs (houle, vague, placement de l’équipage…) peuvent perturber l’équilibre longitudinal et affecter la vitesse du bateau.
Dans une mer formée, l’équipage va utiliser la technique de déplacement suivante afin de conserver une vitesse optimale :
quand le bateau descend dans une vague, l’équipage se recule pour éviter que l’étrave plante dans la vague suivante ;
quand le bateau est au sommet d’une vague, il s’avance pour faire « basculer » le bateau dans le creux suivant.
Le centre de gravité
Le centre de gravité correspond au point de concentration des différentes forces qui permet à un corps de se trouver en équilibre.
- Durée de l'expérience :
- 10 minutes
- Matériel :
- Un bouchon de liège
- Un cure-dent
- Deux fourchettes
- Protocole :
- Planter le cure-dent dans le centre du bouchon
- Poser le bouchon en équilibre sur le pouce par le biais du cure-dent
- Observer
- Planter les fourchettes dans la longueur du bouchon de part et d’autre du cure-dent
- Poser le bouchon en équilibre sur le pouce par le biais du cure-dent
- Observer
- Observation :
- Dans le premier cas, le bouchon ne tient pas en équilibre sur le cure-dent. Le centre de gravité du bouchon est au dessus du point d’appui donc, celui-ci est instable et chute.
Dans le deuxième cas, le bouchon tient en équilibre sur le doigt. Les fourchettes permettent d’abaisser le centre de gravité et ainsi de tenir en équilibre.
On leste les bateaux pour abaisser leur centre de gravité et augmenter leur stabilité.
Le centre de gravité
Le centre de gravité correspond au point de concentration des différentes forces qui permet à un corps de se trouver en équilibre.
- Durée de l'expérience :
- 10 minutes
- Matériel :
- Une feuille de papier
- Deux baguettes en bois pour brochette
- De la pâte à modeler
- Un tube en plastique avec bouchon
- Une agrafeuse
- Des ciseaux
- Un récipient profond rempli d’eau
- Protocole :
- Agrafer la voile le long d'une des deux baguettes en bois
- Fixer le mât sur la partie haute du tube (tenu horizontalement) avec de la pâte à modeler
- Fixer une boule de pâte à modeler sur la partie basse du tube à l'aplomb du gréement
- Déposer l'ensemble dans le récipient rempli d'eau
- Observer
- Fixer une boule de pâte à modeler au bout de la deuxième baguette en bois de manière à constituer un lest
- Piquer la baguette dans la boule de pâte à modeler fixée précédement sous le tube
- Déposer l'ensemble dans le récipient rempli d'eau
- Observer
- Observation :
- Quand la boule de pâte à modeler est fixée directement sous le tube, le centre de gravité de l'ensemble est au dessus du point d’appui et le bateau se couche sur la surface de l'eau.
Le lest rajouté sous le tube permet d'abaisser le centre de gravité et augmente la stabilité de l'ensemble.
Pour obtenir un bateau parfaitement équilibré, il faut jouer sur la taille de la baguette ainsi que sur le poids et la forme du lest (pâte à modeler).
