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La physique des manèges

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Quoi de plus « tripant » que de se rendre à La Ronde, de chevaucher un manège portant un nom effrayant et de se laisser ballotter dans tous les sens, savourant des sensations fortes tout en regrettant d’y être monté?

Les manèges ont toujours été des attractions populaires très prisées car ils nous permettent de nous affranchir du champ gravitationnel terrestre qui nous cloue en permanence au sol. En effet, tous les objets à la surface de la Terre subissent une accélération gravitationnelle (G) d’environ 9,81 m/s-2. Le poids d’une personne dont la masse (m) est 60 kg peut se calculer aisément en faisant le produit de m et de G. Dans ce cas précis, il avoisine les 589 newtons (N). Sur la lune, par exemple, où le champ gravitationnel est presque six fois moins intense que sur Terre, le poids de la même personne sera de 97 N alors que sa masse restera identique. C’est pour cela que les astronautes qui ont foulé le sol de ce satellite de la Terre semblent flotter.
Vous avez probablement remarqué que lorsque le véhicule dans lequel vous êtes assis freine ou accélère, vous corps est respectivement poussé vers l’avant ou l’arrière? On dit qu’il est soumis à des forces d’inertie. Il en est de même lorsque vous êtes à bord d’un manège qui est doté d’un mouvement de rotation. Dans ce cas, votre corps subit ce que les physiciens appellent une force centrifuge, force qui a tendance à vous pousser vers l’extérieur de la surface balayée par le manège. Cette force dirigée vers l’extérieur, combinée à votre poids (qui est une force toujours dirigée vers le bas) donne naissance à un poids apparent qui peut être plusieurs fois plus grand que le vôtre. Dans certaines attractions, comme la Tornade de La Ronde, votre corps est soumis à une accélération qui frise 6,5 G, c'est-à-dire que votre poids apparent est multiplié par 6,5! Par comparaison, les pilotes d’avion de chasse subissent 7 à 9G. Heureusement que ces forces ne s’appliquent que pendant des laps de temps très courts, ne dépassant guère quelques secondes, car le commun des mortels n’a pas l’entraînement de ces as de l’aviation.
Les manèges actuels sont de plus en plus sophistiqués. Ils combinent des rotations simultanées dans plusieurs plans, des mouvements selon des trajectoires effarantes, des rayons de courbures très prononcés et des accélérations époustouflantes. Tous ces ingrédients « physiques » ont un seul but : vous faire défier les lois de la gravité. Certaines combinaisons vous mettent quasiment en apesanteur juste avant de faire subir à votre corps 4G!

Les ingénieurs qui conçoivent ces monstres d'acier utilisent des équations qu’ils puisent dans des disciplines physiques telles que la cinématique, la dynamique et la résistance des matériaux. Les forces, les trajectoires et les accélérations que subissent les véhicules et leurs passagers sont calculées avec précision pour que tout soit d’un niveau sécuritaire irréprochable.

Les progrès techniques dans le domaine des transports et dans celui de la synthèse de nouveaux matériaux nous promettent des manèges encore plus performants. De quoi faire la joie de générations d’amateurs de frissons et de palpitations effrénées.

 

Publié dans "Science! On blogue", Agence Science-Presse, 24 juin 2008,
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