La science de l'élan
L'élan peut être considéré comme la quantité de mouvement d'un objet. L'élan est déterminé par la masse de l'objet (la quantité de mouvement) et sa vitesse (la vitesse à laquelle il se déplace). En physique, l'impulsion est représentée par "p", donc l'équation pour déterminer l'impulsion est p = mv (l'impulsion est égale à la masse multipliée par la vitesse). Un objet plus lourd, comme une boule de bowling, se déplaçant à la même vitesse qu'un objet plus léger, comme un kickball, aurait une plus grande quantité de mouvement selon les lois de la physique.
Pour ce laboratoire STEM, vous devez comprendre l'élan et comment il affecte les collisions, car plus tard, vous participerez à un jeu de bowling appelé Strike Challenge. Vous programmerez le Speedbot pour qu'il heurte une balle afin de faire tomber des quilles et d'obtenir le score le plus élevé. Pensons à ce qui se passe lorsque deux objets entrent en collision. Ils transfèrent de l'énergie cinétique, oui. Mais l’élan de chacun des deux objets en collision avant la collision peut prédire comment les deux objets réagiront après la collision. Nous reviendrons sur cette idée plus tard.
Motiver les discussions
Raisonner sur l'élan au sein d'une discussion est un bon moyen de guider les efforts de vos élèves pour le conceptualiser. Ce laboratoire STEM se concentrera sur l'élan du robot lorsqu'il entre en collision avec une balle.
Les questions suivantes peuvent être raisonnées en unités métriques telles qu'écrites, ou en miles impériaux, livres et pieds par seconde. Le raisonnement devrait être le même sans nécessiter de conversions.
Q : Lequel de ces éléments a le plus d'élan : une sphère roulant à 8 km par heure ou la même sphère roulant à 10 km par heure ?
A : La sphère qui roule à 10 km/h a plus d'élan parce qu'elle se déplace plus vite.
Q : Lequel de ces éléments a le plus d'élan : une voiture de taille moyenne roulant à 90 km/h ou un bus roulant à 90 km/h ?
A : L'autobus qui roule à 90 km/h a plus d'élan parce qu'il a plus de masse.
Q: Lequel de ces éléments a le plus d'élan : un vélo pédalant sur une colline ou le même vélo pédalant pour descendre une colline ?
A : Le vélo qui pédale en descente a plus d'élan parce que la rampe descendante de la pente et le pédalage accélèrent tous deux sa vitesse - à moins qu'un système de freinage ne soit également appliqué.
Q : Lequel préféreriez-vous entrer en collision avec vous : un camion de 1 000 kg se déplaçant à 1 mètre par minute ou un melon de 1 kg se déplaçant à 1 000 mètres par seconde ?
A : Le camion pourrait vous renverser mais il n'avance pas assez vite pour vous blesser gravement alors que le melon se déplaçant à 1000 m/s pourrait vous tuer. Cela met en évidence que la quantité de mouvement est liée à la quantité d’énergie transférée par un objet lors d’une collision. La masse d’un objet ne suffit pas à elle seule à déterminer la quantité d’énergie destructrice qu’il fournit lors d’une collision. Nous devons également tenir compte de la rapidité avec laquelle cela évolue.