Création d'une catapulte propulsée en comprimant de l'air dans un bouteille.
Difficulté
Technique
Durée
4 heure(s)
Disciplines scientifiques
Mécanique, Physique
Introduction
Ce tutoriel va vous apprendre à concevoir une catapulte puissante, qu'on alimente simplement à l'aide d'une pompe à vélo! La création de chaque partie de la catapulte est séparée en différentes étapes. Une fois chaque pièce fabriquée, vous allez les assembler. Il y a de nombreux matériaux et outils, mais vous pouvez en trouver de récupération facilement pour éviter les dépenses; et vous adapter si vous manquez de certains éléments (la partie imprimée en 3D peut aussi se faire en bois, par exemple).
- Matériel et outils
- Fichiers
Chambre à air 
La chambre à air est un boyau en caoutchouc rempli d'air.
Pour les motocyclettes et les automobiles, la chambre à air est devenue rare, remplacée par le pneu sans chambre, dit « tubeless ».
Bouteille plastique 
Une bouteille, mais en plastique quoi
Roulement à bille 
En mécanique, un roulement est un dispositif destiné à guider un assemblage en rotation, c'est-à-dire à permettre à une pièce de tourner par rapport à une autre selon un axe de rotation défini.
Vanne de tuyauterie 
Une vanne est un dispositif destiné à contrôler (stopper ou modifier) le débit d'un fluide en milieu libre , ou en milieu fermé.
Raccord en laiton 
Un raccord est une liaison mécanique entre deux tuyaux, permettant le passage du fluide sans fuite.
Tube de PVC 
Tube étanche et solide fabriqué en Polychlorure de vinyle.
Cutter 
Un cutter (ou couteau à lame rétractable) est un outil qui permet de couper des matériaux fins et peu résistants. Il est en général muni d'une lame mobile qui est masquée lorsque l'objet n'est pas utilisé (pour plus de sécurité).
Colle 
Colle
Lime 
Une lime est un outil servant à usiner la matière. Une lime travaille par arrachement de petits morceaux du matériau, le travail s'effectue généralement en de multiples passages de la lime sur la pièce à usiner.
Pompe à vélo avec manomètre 
A l'intérieur de la pompe se trouvent le piston et les valves d'entrée et de sortie d'air. En tirant sur la poignée, le piston se lève et permet l'entrée de l'air. En la poussant, le piston envoie l'air vers la sortie d'air.
Imprimante 3D 
L'impression 3D ou impression tridimensionnelle est l’appellation « grand public » des procédés de fabrication de pièces en volume par ajout ou agglomération de matière.
Bois 
Planche en bois. Image de wikipedia Cleonard1973 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Roulement à bille
En mécanique, un roulement est un dispositif destiné à guider un assemblage en rotation, c'est-à-dire à permettre à une pièce de tourner par rapport à une autre selon un axe de rotation défini.
Vanne de tuyauterie
Une vanne est un dispositif destiné à contrôler (stopper ou modifier) le débit d'un fluide en milieu libre , ou en milieu fermé.
Raccord en laiton
Un raccord est une liaison mécanique entre deux tuyaux, permettant le passage du fluide sans fuite.
Tube de PVC
Tube étanche et solide fabriqué en Polychlorure de vinyle.
Cutter
Un cutter (ou couteau à lame rétractable) est un outil qui permet de couper des matériaux fins et peu résistants. Il est en général muni d'une lame mobile qui est masquée lorsque l'objet n'est pas utilisé (pour plus de sécurité).
Colle
Colle
Lime
Une lime est un outil servant à usiner la matière. Une lime travaille par arrachement de petits morceaux du matériau, le travail s'effectue généralement en de multiples passages de la lime sur la pièce à usiner.
Pompe à vélo avec manomètre
A l'intérieur de la pompe se trouvent le piston et les valves d'entrée et de sortie d'air. En tirant sur la poignée, le piston se lève et permet l'entrée de l'air. En la poussant, le piston envoie l'air vers la sortie d'air.
Imprimante 3D
L'impression 3D ou impression tridimensionnelle est l’appellation « grand public » des procédés de fabrication de pièces en volume par ajout ou agglomération de matière.
Bois
Planche en bois. Image de wikipedia Cleonard1973 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Étape 1 - Impression de fichiers 3D
Télécharger les 5 fichiers STL disponibles dans la partie "fichiers" ci-dessus.
Les ouvrir sur Cura.
Pour les paramètres d'impression, il suffit de suivre les paramètres que l'on voit sur les photos.
Étape 2 - Raccorder un tube à une vanne
A l'aide de colle, il faudra coller le raccord tube/vanne au bout de votre tube.
Maintenant coupez votre tube pour qu'il fasse un longueur d'environ 30-35cm et collez le "Raccord tube" sur le bout du tube.
Votre tube est prêt !
Étape 3 - Préparation de la bouteille
A l'aide d'une lime, enlevez le pas de vis du goulot de la bouteille ( attention de ne pas trop limer, enlevez uniquement le pas de vis ). Ensuite, trouez le fond de votre bouteille du diamètre de votre valve ( de même, attention de ne pas faire un trop gros trou ) et insérez votre valve dedans avec un peu de colle. A l'aide de colle, il faudra coller la vanne au goulot de votre bouteille. Mettez une bonne dose de colle, c'est grâce à cette opération que la bouteille va devenir hermétique. La bouteille est prête ! Vous pouvez assembler la bouteille et le tube.
Étape 4 - Préparation du bâtit
Coupez un planche de 30x30cm puis découpez deux supports de la hauteur que vous souhaitez.
Vissez le tout comme sur la photo.
Étape 5 - Assemblage
Étape 6 -
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Une fois la bouteille gonflée, tournez la vanne d'un coup et vous verrez votre projectile décoller.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Durant la conception, veillez à ne pas trop limer le goulot de la bouteille: il faut limer de sorte à faire disparaître les rainures, mais en limant trop la bouteille peut se fragiliser et perdre son étanchéité.
Faites aussi attention à faire un trou de la bonne taille pour insérer la chambre à air! Si le trou est trop gros, la bouteille ne sera pas étanche.
Une fois la catapulte conçue, attention à ne pas trop gonfler la bouteille! A partir de 8 bar, il y a un risque d'explosion. Evitez donc de la gonfler autant, car les éclats sont très dangereux.
Explications
L’air comprimé désigne l’air dont la pression est supérieure à la pression atmosphérique. Il peut être stocké à haute pression et constitue un formidable outil pour fournir de l’énergie. Plus sûr et plus simple à utiliser que d’autres solutions alternatives, comme la vapeur ou les piles, l’air comprimé est une source d’énergie très répandue. En tournant la vanne, on libère l'air comprimé de la bouteille, et toute l'énergie fournie en pompant se libère d'un coup.
Applications : dans la vie de tous les jours
Loisir, jeux.
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Exemple d'un système similaire utilisé dans un cadre professionnel: [1]
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
-Apprendre les bases de la conception 3D et de la manipulation d'imprimante 3D (il est possible de concevoir soi-même les pièces à usiner en 3D en recréant les fichier STL).
-Manipuler des outils de découpe et apprendre des notions de bricolage.
-Comprendre la notion de pression d'un gaz.
Pistes pour animer l'expérience
La totalité de l'expérience peut prendre un certain temps; mais former des groupes qui se chargeront chacun d'une étape (partie énergétique, châssis et pièces 3D) peut permettre de gagner du temps. L'étape finale d'assemblage et l'expérimentation pourront se faire en commun.
Sources et ressources
[2]Présentation de l’air comprimé par CompAir
Dernière modification 2/05/2022 par user:FC-Bouliste.
Draft