Utilisations et applications des cerfs-volants

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

Mesurer l'atmosphère

Les cerfs-volants peuvent soulever des instruments à des milliers de pieds au-dessus de la terre et rester dans cette position pendant des heures. Les instruments sont attachés à la ligne de cerf-volant plutôt qu'au cerf-volant. Cela permet au cerf-volant de voler à l'angle approprié.

Les cerfs-volants sont utilisés pour effectuer des mesures atmosphériques depuis plus de 100 ans.

Selon l'observatoire de Blue Hills :

"Les instruments de cerf-volant mesuraient la température, l'altitude et la pression à l'aide du baromètre, l'humidité et parfois la vitesse vent. L'emplacement du cerf-volant par rapport à son point d'attache nous a donné la direction du vent."

Aujourd'hui, les radiosondes sont utilisées pour effectuer des mesures et sont régulièrement embarquées sur des ballons météorologiques dans le monde entier. Ce sont de petits ensembles d'instruments qui peuvent transmettre la température, la pression, l'humidité et la localisation GPS à chaque seconde.

Faites l'expérience :

Voyez si vous pouvez trouver un petit hygrostat ou une radiosonde. Utilisez-le pour mesurer la teneur en eau des nuages et du brouillard ou utilisez-le pour tracer l'humidité à différentes altitudes.

Parachutages

Vous pouvez libérer des bonbons attachés à un parachute et chronométrer sa descente. C'est encore plus amusant de sortir un sac entier de bonbons de parachutisme.

Mélanger des parachutes avec des hélicoptères et des banderoles permet aux bonbons de tomber à des vitesses différentes et de s'étendre plus loin sous le vent.

1. Remplissez un sac avec chaque bonbon scotché à un parachute, un hélicoptère ou une banderole.

2. Fixez le bas du sac à la ligne de cerf-volant avec un mousqueton.

3. Relâchez en tirant une ficelle qui enlève une goupille du haut du sac ou utilisez un servomoteur radiocommandé pour tirer la goupille.

Expérience :

Dans une zone dégagée de personnes, relâchez un sac de bonbons emballés avec des parachutes, des toupies et des banderoles. Inclure certains qui sont sans aide. Chronométrez la descente du premier et du dernier bonbon.

Chautes d'ours

Augmenter la portance de votre cerf-volant vous permet d'avoir des charges utiles plus importantes et de larguer de gros ours en peluche avec un parachute !

Les charges utiles peuvent être larguées en tirant sur un cordon ou par radiocommande.

Voici un exemple d'ours portant un sac à dos avec un parachute :

L'ensemble est suspendu à un gréeur descendant qui permet de le dégager de la ligne de cerf-volant. Une fois la goupille du sac à dos tirée, l'ours tombe doucement au sol.

Il n'est pas nécessaire que ce soit un animal en peluche. Vous pouvez larguer un planeur ou un hélicoptère radiocommandé à haute altitude.

Expérience : Larguer un œuf avec un parachute. Il doit atterrir en toute sécurité.

Photographie aérienne de cerf-volant

L'utilisation d'un cerf-volant pour prendre des photos est une technique populaire appelée Kite Aerial Photography ou "KAP" en abrégé. Une petite caméra peut être montée sur la ligne qui est attachée au cerf-volant.

En attachant la caméra à la ligne de vol au lieu du cerf-volant, cela permet au cerf-volant de voler à l'angle approprié.

La caméra est accrochée à un ensemble de cordes appelées "picavet" qui maintiennent automatiquement le niveau de la plate-forme de la caméra. L'angle de la caméra peut être ajusté avec des servomoteur radiocommandé.

Laisser plus de ligne permet à l'appareil photo d'être soulevé plus haut et récupérer la ligne permet à l'appareil photo de prendre des photos et des vidéos en gros plan d'en haut.

KAP a de nombreuses applications. C'est un moyen peu coûteux et silencieux d'enregistrer la migration des oiseaux, de cartographier, de surveiller l'environnement, d'estimer la taille, d'estimer la distance, d'estimer la superficie ou de prendre des photos des dommages causés par la grêle sur le toit.

Expérience : Utilisez un cerf-volant pour soulever un téléphone portable pendant qu'il enregistre une vidéo.

Instruments à vent

Les instruments à vent comprennent des flûtes qui émettent un son lorsque le vent souffle dessus, une harpe à vent avec des cordes, un hummer avec des bandes qui vibrent dans le vent ou une roue qui tourne et frappe un tambour.

Saviez-vous que les cerfs-volants volent parfois la nuit avec des lumières ?

Avec des lumières et des instruments à vent sur votre cerf-volant, quelqu'un peut conclure qu'il y a un OVNI dans le ciel !

Expérience : Construisez un instrument à vent qui fait du bruit lorsque le vent souffle contre lui.

Expérience :

Attachez votre instrument à une ligne de cerf-volant et laissez-le voler. Assurez-vous que l'appareil sera face au vent en vol.

Linge à linge

Une pratique populaire consiste à attacher des décorations ou des manches à air élaborées à la ligne menant au cerf-volant.

Ceux-ci se présentent sous une grande variété de formes telles que les chats, les chiens, les grenouilles, les dragons, les cochons, les hiboux, les ours et de nombreux personnages de dessins animés. Leur taille peut varier jusqu'à 100 pieds (30 mètres) !

Remarque :

L'ajout de décorations à la ligne de cerf-volant peut modifier l'angle de vol et faire survoler ou plonger votre cerf-volant lorsqu'il y a trop de traînée au milieu de la ligne.

Votre cerf-volant devra être suffisamment grand pour créer suffisamment de portance pour supporter le poids et la traînée supplémentaires.

Expérience :

Ajoutez une décoration à votre ligne de cerf-volant comme un drapeau. Apportez des modifications jusqu'à ce que le drapeau flotte horizontalement.

Grimpeurs de ligne

Les grimpeurs de ligne sont poussés par le vent et glissent le long de la ligne de vol jusqu'au cerf-volant. Ceci s'appelle également un « ferry» de cerf-volant.

Les grimpeurs de ligne varient de simples morceaux de papier qui chevauchent la ligne de vol à de grands parapluies qui tournent lorsqu'ils montent puis se ferment au sommet uniquement pour accélérer la même ligne qu'ils ont montée jusqu'au cerf-volant.

Différents mécanismes sont utilisés pour gagner en portance, relâcher, fermer et redescendre la ligne.

Expérience :

Fabriquez un grimpeur de ligne simple à partir d'un morceau de papier.

Attachez-le à votre ligne de vol et utilisez un chronomètre pour enregistrer le temps qu'il faut pour atteindre votre cerf-volant.

Faites la course contre un ami !

Antenne radioamateur

Il y a une longue histoire d'utilisation d'un cerf-volant pour soulever une antenne radio. La pratique remonte aux débuts de la radio.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, les aviateurs de la marine portaient une radio d'urgence appelée Gibson Girl.

 L'antenne était portée par un cerf-volant. Une antenne 1/2 ou 1/4 onde à 500 kHz est un long morceau de fil, elle a donc été détachée d'un radeau de sauvetage par un cerf-volant. Le kit étanche était livré avec un émetteur à manivelle pour que le pilote puisse demander un sauvetage.

Lors du Newport Kite Festival en 2017, Steve Uckerman a utilisé un cerf-volant à profil aérodynamique pour soulever une antenne en V inversé à 5/8 ondes alimentée par une ligne d'échelle équilibrée jusqu'à une hauteur de 80 pieds.

En utilisant cette antenne, un panneau solaire pour l'alimentation et un poste de radio amateur moderne, il a pu atteindre l'Italie, le Royaume-Uni, la République tchèque, l'Allemagne, la Belgique et la Californie.

Cerfs-volants et ballons

Les cerfs-volants et les ballons génèrent de la portance, mais ils le font de manière très différente. Un ballon est généralement rempli d'air chaud ou d'hélium qui est plus léger que l'air ambiant. Cela fait monter le ballon. Un cerf-volant est soulevé par la force du vent.

Q : Pouvons-nous combiner cerfs-volants et ballons ?

R : Oui.

Selon Wikipédia :

Un ballon cerf-volant est un ballon captif qui est stabilisé aérodynamiquement dans des conditions venteuses en utilisant des principes similaires à un cerf-volant. Il comprend généralement une enveloppe profilée avec des caractéristiques de stabilisation et un harnais ou un joug le reliant à l'attache principale.

Les ballons cerfs-volants sont capables de voler dans des vents plus forts que les ballons ronds ordinaires et ont été largement utilisés pour l'observation navale et militaire pendant la Première Guerre mondiale.

Q : Pourrions-nous utiliser des ballons pour soulever des cerfs-volants à une altitude où ils peuvent voler ?

R : Oui, c'est fait. Cela a l'air drôle, mais un jour sans vent, c'est une pensée courante.

Une combinaison de cerf-volant et de ballon s'appelle un "Helikite".

Q : Serait-il possible de gonfler des sections sur un cerf-volant ?

R : Oui, c'est ainsi que sont construits les cerfs-volants de kitesurf. Le bord d'attaque est gonflé d'air pour ne pas couler.

Ces cerfs-volants peuvent être lancés et relancés depuis l'eau.

Expérience : recherchez un "ballon cerf-volant de type M".

Résumé de la physique du cerf-volant

Dans l'illustration ci-dessus, nous voyons :

• Le vent soulève le cerf-volant à cause de l'angle d'attaque
• Le cerf-volant peut être de tailles et de poids différents
• La portance s'oppose au poids
• La traînée s'oppose à la poussée
• La portance et la traînée forment la tension sur la ligne

Résumant les méthodes d'augmentation de la stabilité comprennent:

• Ajout de queues et de drogues pour augmenter la traînée pour une meilleure stabilité au vent
• Un cerf-volant qui fléchit permet une stabilité par vent fort
• Un dièdre ou un arc peuvent être ajoutés
• Les cellules laissent passer le vent
• Les évents d'un cerf-volant réduisent la pression sur la voile et augmentent la stabilité
• Positionnement correct du point de remorquage et de l'angle d'attaque
• Utilisation d'une forme aérodynamique
• La symétrie et l'équilibre sont tous deux importants

Expérimenter :

Apportez des modifications aux forces et au mouvement d'un cerf-volant qui donnent des résultats observables tout en permettant au cerf-volant de voler.

L'un des objectifs de la science de 8e année est "d'étudier les principes utilisés pour concevoir des changements dans les forces et le mouvement"

Le saviez-vous?

Les frères Wright ont testé leurs théories du vol en utilisant des cerfs-volants de 1900 à 1902.