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Laboratoire STEM
Allée de l'élan Étudiant

Comment la physique peut affecter les robots de compétition

Lors de la conception d'un robot pour les compétitions de robotique VEX, vous devez vous rappeler que tout moteur luttera contre l'inertie du robot chaque fois que celui-ci est en marche. L'inertie est la résistance d'un objet aux changements de sa vitesse. L'inertie augmente à mesure que la masse de l'objet et donc son élan augmentent. Cela signifie que si vous ajoutez de la masse à votre robot et le rendez plus lourd qu'il ne devrait l'être, les moteurs ne seront pas aussi efficaces pour modifier la vitesse du robot ! Par conséquent, vous devez essayer d'utiliser le moins de matériaux possible et le plus léger possible si vous souhaitez maximiser l'efficacité des moteurs.

D’un autre côté, faire fonctionner un robot léger très rapidement peut également entraîner des difficultés. Si vous essayez d'effectuer des mouvements précis et précis au cours d'une compétition, vous devrez peut-être réduire la puissance en réduisant la vitesse pendant vos mouvements.

Explorons l'idée selon laquelle l'élan de deux objets en collision prédit ce qui se passera après leur collision. C'est un facteur important à prendre en compte lors du développement de projets de compétition, car vous souhaitez que votre robot se déplace le plus rapidement possible. Vous souhaitez également intégrer autant de composants que possible au robot, ce qui lui donnera un avantage pour la manipulation et la collecte pendant le jeu.

L'élan est la quantité de mouvement d'un objet et est déterminé par la masse et la vitesse de l'objet en mouvement. Ainsi, un robot de compétition avec tous ses composants peut être lourd et se déplacer le plus rapidement possible. Son élan est donc très élevé. C’est à ce moment-là qu’il faut réfléchir à ce qui se passe lorsqu’il entre en contact avec des parties du terrain ou d’autres robots.

Revenez à votre tableau de l’activité Exploration de la vitesse. Vous avez testé le transfert d'énergie lors de collisions en définissant différentes vitesses pour le robot et en le faisant avancer jusqu'à ce qu'il touche la balle. Vous auriez dû remarquer que des vitesses plus élevées définies pour le robot poussaient la balle plus loin après une collision que des vitesses plus faibles. Il s'agit d'un effet évident de l'élan du robot car la masse du robot est restée la même mais la vitesse a augmenté et donc son élan a augmenté.

Un point important à considérer à propos de ce test est que la balle ne bougeait pas. Il avait une vitesse, un élan et une accélération entièrement nuls avant que le robot n'entre en collision avec lui. Il est important de noter que sa masse était probablement bien inférieure à celle du robot. Après la collision, son accélération et donc sa vitesse et son élan ont tous augmenté. La vitesse de la balle après la collision dépend en partie de la masse de la balle. Les balles plus légères accélèrent et se déplacent plus vite. Si votre classe a utilisé une balle avec plus de masse, imaginez une boule de bowling, la balle aurait pu se déplacer lentement et pas très loin après la collision.

Encore une fois, il est important d'en tenir compte lors de la planification d'une compétition, car vous pouvez briser des parties du terrain, des parties de votre robot ou des parties d'autres robots si l'élan du robot est trop élevé. Imaginez si votre robot avait une vitesse élevée et s'écrasait sur un objet qui ne pouvait pas rouler comme la balle de l'activité précédente. Cet objet aurait pu être brisé par les forces d'impact (énergie) de la collision.

Icône de la boîte à outils de l'enseignant Boîte à outils de l'enseignant  - Expliquer davantage une collision

Un autre point important pour comprendre l’influence de la vitesse sur la quantité de mouvement est la différence entre l’accélération et la vitesse. L'accélération est le taux de changement de vitesse. Dans l’activité précédente Exploration de la vitesse, l’accélération était un facteur important car la balle était au repos avant la collision. C’est donc grâce à l’accélération provoquée par la collision que la balle atteint alors sa vitesse finale.
Ceci est lié à la deuxième loi du mouvement de Newton : l'accélération d'un objet dépend de deux variables : le résultat net ou la somme des forces agissant sur l'objet et la masse de l'objet. La force nette agissant sur le ballon était sans doute nulle car il était au repos. Son accélération après avoir été touché par le robot était le produit de la force (élan) du robot et de la masse de la balle. Les balles plus lourdes (par exemple, une boule de bowling ou un ballon de basket-ball) dans cette activité n'auraient pas accéléré aussi vite que des balles plus légères (par exemple, un ballon de football ou un ballon gonflable rebondissant).

Icône Étendez votre apprentissage Prolongez votre apprentissage  - Baseball

Pour relier cette activité à d'autres collisions, les élèves peuvent étudier la vitesse du swing d'un frappeur de baseball et la vitesse à laquelle les balles de baseball se déplacent après avoir heurté ou été frappées par la batte. Demandez-leur de réfléchir à la masse de la batte et aux compromis entre la masse de la batte (en bois ou en aluminium), sa vitesse lorsqu'elle est balancée et son élan lorsqu'elle frappe la balle.