La force du vent sur les cerfs-volants

Physique du cerf-volant
(Ne pas confondre avec Cerveau Lent)

D'une brise légère à un coup de vent soufflant, le vent déplace l'air. C'est invisible mais nous savons qu'il est là à cause de l'effet qu'il a sur le monde qui nous entoure. Il déplace du sable, souffle des drapeaux, pousse des nuages et fait danser les feuilles des arbres.

Le vent a une direction, une vitesse et exerce une pression sur les objets qu'il frappe.

Les conditions de vent rencontrées sur le terrain incluent :

• Changements de vitesse du vent (très fréquents)
• Changements de direction du vent (fréquents)
• Thermiques et courants ascendants (Rare)
• Turbulences au sol causées par des obstacles
• Vent de surface différent des vents dominants à des altitudes plus élevées

Qu'est-ce qui cause le vent?

Il existe de multiples sources d'énergie dans l'atmosphère et elles peuvent suivre plusieurs chemins qui se traduisent par le vent.

Lorsque le soleil brille sur les surfaces de la terre, il chauffe certaines zones plus que d'autres. Les zones chaudes rendent l'air environnant moins dense tandis que les zones plus froides rendent l'air plus dense.

L'air chaud monte de sorte que l'air plus lourd et plus frais se déplace horizontalement pour remplir le vide. Ce mouvement de l'air s'appelle le vent.

Q : Le vent déplace l'air et ce mouvement nécessite de l'énergie. D'où vient cette énergie ?

R : Variations de pression, condensation de vapeur d'eau et rayonnement solaire. Le soleil fournit une grande quantité d'énergie solaire qui chauffe l'air en chauffant d'abord le sol.

Vitesse du vent (Voir aussi : L'anémomètre,    L'échelle de beaufort)

Pour voler, les cerfs-volants ont besoin d'air se déplaçant sur leurs surfaces. Certains cerfs-volants voleront dans une large gamme de vitesses de vent tandis que d'autres nécessitent des vents plus légers ou plus forts pour voler en douceur.

La vitesse du vent change généralement tout au long de la journée. Pour cette raison, de nombreux amateurs de cerfs-volants transportent plusieurs cerfs-volants. Cela permet aux pilotes de cerf-volant de changer de cerf-volant lorsque le vent change de vitesse.

Les vents varient également à différentes altitudes. Selon Wikipedia, "l'écoulement des fluides est généralement chaotique, et de très petits changements de forme et de rugosité de surface peuvent entraîner des écoulements très différents."

Un anémomètre numérique portable peut être utilisé pour mesurer la vitesse du vent dans une variété d'unités telles que mètres/seconde, kilomètres/heure, pieds/minute, nœuds et mph.

Expérience :

Construisez un anémomètre à partir de gobelets en papier, de colle et de brochettes de barbecue. Utilisez un clou fin au centre pour lui permettre de tourner librement. Marquez une tasse pour qu'il soit facile de compter le nombre de rotations effectuées en 30 secondes. Un élève fait tourner le chronomètre, l'autre compte les rotations.

Expérience :

Fixez un anémomètre à votre ligne de cerf-volant pour mesurer le vent à différentes altitudes.

Guide de vitesse du vent

Réagir au vent faible

Lorsqu'il n'y a pas assez de vent, votre cerf-volant tombera au sol. Pour contrer cela, marcher contre le vent ou tirer une ligne augmente la pression du vent contre le cerf-volant. Cela se traduit par plus de pression sur la voile et une ligne de vol plus serrée.

Marcher contre le vent

Réagir au vent fort

Marcher sous le vent entraîne moins de pression sur la voile et une ligne plus lâche. Relâcher un peu de ligne  diminue également la pression du vent contre le cerf-volant.

Expérience :

En pilotant un cerf-volant, marchez contre le vent et sous le vent. Essayez de courir contre le vent et sous le vent. Que remarquez-vous ?

Expérience :

Tracez la vitesse du vent dans le temps à l'aide d'un anémomètre. Chaque matin et chaque après-midi, mesurez le vent au même endroit et à la même heure de la journée.

Q : Comment réagit un cerf-volant au vent ?

R : Par vent léger, le cerf-volant peut ne pas voler. Par vent modéré, le cerf-volant peut voler régulièrement. Par vent fort, la plupart des cerfs-volants deviennent plus actifs en se balançant d'avant en arrière en présentant un mouvement de "lacet".

De plus, les espars du cerf-volant peuvent se plier et la voile peut changer de forme de plat à une courbe permettant au cerf-volant de renverser le vent de la voile et de rester stable.

Les cerfs-volants qui ne changent pas de forme peuvent tourner ou s'écraser et nécessitent des queues plus longues pour continuer à voler.

Plage de vent

La plupart des cerfs-volants ont une plage de vent de 5 m/h à 15 m/h (8 km/h à 24 km/h) et il existe des cerfs-volants spécialisés qui voleront en dessous ou au-dessus de cette plage.

Il existe des cerfs-volants d'intérieur qui volent pendant que vous marchez et peuvent voler dans une plage de vent de 0 à 4 m/h.

Il existe des cerfs-volants spécialisés qui volent jusqu'à 30 m/h (48 km/h) et très peu de cerfs-volants sont capables de tolérer des vents supérieurs à cette vitesse. Des vitesses plus élevées déforment les cerfs-volants. Cela peut les forcer à adopter une forme qui n'est plus aérodynamique, de sorte qu'ils s'écrasent.

Les rafales de vent créent également des problèmes car les cerfs-volants doivent pouvoir continuer à voler pendant que le vent passe de plus lent à plus rapide puis à nouveau à plus lent.

En théorie, les grands cerfs-volants auront une plage de vent plus large, mais ce n'est pas toujours vrai car de nombreux facteurs entrent en jeu, notamment la résistance du matériau et l'angle d'attaque du cerf-volant par rapport au vent.

Meilleurs vents

Les meilleurs vents sont des vents réguliers avec des vitesses de vent qui restent presque les mêmes. Cela vous permet de sélectionner un cerf-volant, de le régler, puis de le faire voler toute la journée.

Direction du vent (Voir aussi: La direction du vent,     Les points cardinaux)

"Les cerfs-volants montent le plus haut contre le vent, pas avec lui." - Winston Churchill

La direction du vent est déterminée par la source du vent. Si nous disons "C'est un vent du nord", cela signifie que nous devons faire face au nord pour que le vent nous frappe.

Les vents de surface au niveau du sol suivront des schémas complexes autour d'objets tels que des bâtiments, des collines et des arbres.

Les pilotes de cerf-volant inexpérimentés s'attendent à ce que le vent soit le même partout tandis que les pilotes expérimentés connaissent l'importance d'un accès libre au vent avant de lancer leur cerf-volant. Cela nécessite que vous emmeniez votre cerf-volant à un meilleur endroit afin d'avoir un accès dégagé au vent.

La géographie est également importante pour la direction du vent. Les montagnes, les collines et les vallées interagiront avec le vent sur de nombreux sites de vol. Ceci est important pour décoller, en particulier dans une vallée fluviale urbaine telle qu'à Portland, Oregon.

Ceux qui volent en montgolfière savent que le vent pousse leurs ballons. Ils savent aussi qu'à mesure qu'ils s'élèvent, la direction du vent peut varier de quelques degrés.

Expérience :

Construisez une girouette pour indiquer la direction du vent. Voir aussi : La direction du vent

Expérience :

Déterminez la direction du vent à l'aide d'un drapeau, d'une bannière, d'une banderole ou d'une manche à air. Utilisez une boussole pour trouver le nord.

Expérience :

Identifiez quelques autres façons supplémentaires de détecter la direction du vent. Il y en a beaucoup d'autres.

Q : Peut-on utiliser un cerf-volant pour indiquer la direction du vent ?

R : Oui. C'est facile.

Le cerf-volant est un pointeur géant dans le ciel qui vous dit : "Hé ! Le vent pointe dans cette direction !"

Faire voler votre cerf-volant plus haut vous permet de recueillir des données sur la direction du vent à différentes altitudes. Vous aurez besoin de beaucoup de ficelle.

Expérience :

Un cerf-volant indique-t-il la même direction à une altitude de 500 pieds (150 mètres) que la direction du vent au sol ?

Turbulences du vent

Le vent est généralement chaotique. Il y a souvent de l'air turbulent au niveau du sol qui rend plus difficile le lancement d'un cerf-volant.

Pour comprendre cela, pensez au mouvement fluide de l'eau en mer par rapport à l'eau tumultueuse sur le rivage. Près du sol, ça devient salissant.

En raison de la turbulence du sol, les cerfs-volants experts utilisent un "lancement long" pour élever rapidement le cerf-volant au-dessus des arbres et des bâtiments dans un vent plus doux et plus fort.

Lancer un cerf-volant n'est pas une bonne façon de lancer un cerf-volant. Cela crée des turbulences en faisant bouger le cerf-volant trop vite et souvent dans la mauvaise direction.

Q : Quel est le meilleur vent pour les cerfs-volants ?

R : La plupart des gens préfèrent un vent doux et régulier. C'est ce qu'on appelle le "flux laminaire". Un vent constant et doux est généralement préféré à une vitesse de vent particulière.

Expérience :

Disposez deux ventilateurs face à face et placez une banderole au milieu. Modifiez la vitesse des ventilateurs et la distance de la banderole tout en observant son comportement.

Expérience :

Placez de nombreux piquets ou poteaux dans le sol en utilisant un quadrillage. Les poteaux n'ont pas besoin d'être très hauts.

Attachez simplement une banderole à la fin de chacun.

Enregistrez une vidéo de la turbulence sur la grille lorsque les piquets sont rapprochés puis à nouveau lorsqu'ils sont éloignés.

Essayez de déplacer la grille vers des endroits intéressants, comme près du coin d'un bâtiment.

Ombre du vent

Les bâtiments et autres structures provoquent des turbulences. La turbulence derrière un bâtiment crée une « ombre » qui s'éloigne du bâtiment d'environ sept fois la hauteur du bâtiment. Dans l'ombre se trouve le vent turbulent ou l'air mort qui peut rendre le vol de cerf-volant difficile.

Parfois, l'adéquation d'un certain emplacement dépend de la direction du vent.

Des arbres

Un terrain de baseball ou de soccer peut sembler idéal jusqu'à ce que vous remarquiez qu'il est entouré d'arbres.

Pour lancer un cerf-volant, la direction du vent déterminera si l'on doit se placer à gauche ou à droite de ce groupe d'arbres.

Expérience :

Les ventilateurs créent des turbulences, ils ne sont donc pas un bon moyen de faire voler un cerf-volant. Si vous avez accès à une soufflerie, vous avez de la chance.

Faites quelques expériences avec un cerf-volant et une queue. Prédisez ce qui se passera lorsque vous changerez la taille et la forme du cerf-volant. Prenez des mesures puis tirez des conclusions.