L'INFLUENCE DES CARACTÉRISTIQUES 


Les boomerangs sont des objets qui ont de nombreuses caractéristiques, et que l'on peut modifier à souhait. Toutes ces caractéristiques auront une grande influence sur la trajectoire du vol du boomerang. En effet, elles modifieront la façon dont s'appliquent les différentes forces sur l'objet (gravité, portance et effet gyroscopique...).


- PRÉSENTATION DES CARACTÉRISTIQUES - 


Les caractéristiques initiales :

  • La forme : C'est la caractéristique du boomerang la plus observable. Elle dépendra du nombre de pales que le boomerang possèdera. Ainsi, un boomerang à deux pales se nommera un bipale, à trois pales un tripale et à quatre pales un quadripale. A partir de ces trois formes, de nombreuses déclinaisons sont possibles : la forme des pales, si elles sont excentrées ou non (voir annexe partie 2), ou encore pour les bipales l'angle entre les deux ailes.
  • Le profil de l'aile : C'est une autre caractéristique facilement observable. L'extrados pourra avoir un bord de fuite et un bord d'attaque plus ou moins marqué. Il pourra également avoir un bombé plus ou moins important. De la même façon l'intrados pourra être droit et plus rarement concave ou convexe.
  • La masse surfacique : C'est-à-dire la masse par unité de surface. Pour un boomerang, l'unité utilisée sera des grammes par centimètre carré (g/cm²). Cette caractéristique dépendra tout d'abord de l'épaisseur du boomerang, mais aussi de la densité du matériau utilisé pour sa construction.
  • La flexibilité : Elle dépendra du matériau utilisé. Si le matériau est facilement déformable, le boomerang, alors soumis à la portance et à l'effet gyroscopique, se déformera pendant le vol.

 

Les modifications :

A partir de ses caractéristiques de base, on peut apporter nous-même des modifications au boomerang pour augmenter ses performances.


  • La pose d'élastiques : est une modification commune. Cela consiste à enrouler un ou plusieurs élastiques autour d'une pale (voir annexe partie 2). Les élastiques vont agir comme des freins car ils vont perturber l'écoulement de l'air autour des ailes (portance). Selon leur position (base/milieu/bout de l'aile), les élastiques auront un effet différent sur la trajectoire du boomerang une fois lancé car ils ne perturberont pas la portance de la même manière.
  • La torsion des pales : est une modification qui sera en lien direct avec la flexibilité du matériau. Si le matériau le permet, on peut orienter les pales vers le haut, vers le bas, en les gardant droites et en pliant le boomerang à la base ou en courbant la pale. Cela modifiera l'écoulement de l'air autour de la pale et du boomerang en général.
  • Les trous : sont une modification plus difficile à mettre en œuvre. On peut percer le boomerang à différents endroits sur les pales (voir annexe partie 2). Cela aura pour effet d'alléger le boomerang et aura une incidence sur sa masse surfacique et au final sur la portance. La portance sera aussi modifiée par le fait que de l'air s'engouffrera dans les trous.


- CONSÉQUENCES SUR LE VOL -


Dans cette deuxième partie nous allons expliquer comment et pourquoi ces nombreuses caractéristiques et modifications vont avoir une influence sur la trajectoire que décrit un boomerang pendant son vol. Nous comparerons également quelques points de théorie avec les hypothèses que nous avions formulées dans notre première expérience (annexe expérience 1).


  • La masse surfacique : comme cela a été expliqué dans la première partie, la portance prend en compte (entre autres) la surface du corps sur lequel elle s'exerce. Plus la surface sera grande, mieux la portance s'exercera sur le corps. Seulement, ce corps sera également soumis à la gravité terrestre. Ici, plus son poids sera important, plus il sera attiré par la terre. Les boomerangs volent donc parce que la portance l'emporte sur la gravité. Mais en fonction de la masse et de la surface du boomerang, l'écart entre la force gravitationnelle et la force de la portance diffère. Ce sera la masse pour une unité de surface qui le déterminera. Plus la masse sera importante plus la gravité sera forte et plus la surface sera grande plus la portance sera forte. Cela expliquera que certains boomerangs retombent plus vite ou au contraire volent plus longtemps que d'autres avec un même lancer, ce qui justifie les résultats que nous avons obtenus avec la première expérience : les boomerangs avec une masse surfacique plus faible volent plus longtemps.

  • La forme des boomerangs : la théorie concernant la forme des boomerangs et le vol qui leur est associé est nettement plus compliquée et dépasse largement les notions enseignées au lycée. Il n'existe d'ailleurs aucune théorie générale sur la forme des boomerangs. Aucune variation d'une caractéristique n'est reliée à une variation définie de la trajectoire de vol. C'est ce qu'explique un Projet Scientifique Collectif (PSC) nommé « Étude du vol d'un boomerang et des paramètres caractérisant sa trajectoire ». Le seul moyen de savoir quelle trajectoire aura un boomerang est de le lancer ou bien de simuler son vol à l'aide d'un logiciel comme a fait ce groupe de PSC. On peut tout de même observer des trajectoires très différentes parmi les différentes formes de boomerang. Toutes les trajectoires que nous allons décrire sont obtenues avec un lancer approprié à la forme du boomerang.

  • L'équerre : on appelle équerre le boomerang "classique". C'est un bipale et l'angle entre ses deux pales est de 90°. Ce boomerang aura une trajectoire avec une amplitude de hauteur assez importante. Il partira d'abord droit devant le lanceur, basculera soudainement vers la droite (pour un droitier) et entamera une ellipse pour finalement revenir quasiment à son point de départ (voir annexe partie 2).

  • Le MTA : Maximum Time Aloft. Il est conçu pour voler le plus longtemps possible (jusqu'à 3 min), sa forme est donc inhabituelle : il possède une pale bien plus longue que l'autre. Sa trajectoire est également inhabituelle. Le boomerang commence par partir très haut, redescend partiellement et finit sa chute en spirale précédée de quelques mouvements désordonnés (voir annexe partie 2). Ce boomerang est utilisé principalement en compétition de team super catch, mais aussi pour des compétitions de MTA.
  • Le challenger : appelé chapeau de gendarme, il est asymétrique avec une pale droite et l'autre légèrement courbée. Ce type de boomerang est conçu pour les longues distances, notamment en compétition. On pourrait représenter sa trajectoire comme un triangle isocèle avec des bords arrondis. Il atteint sa hauteur maximale à la pointe du triangle. Grâce à sa forme, il peut facilement atteindre des distances de plus de 180m à l'horizontale (voir annexe partie 2).

  • Les tripales : ces boomerangs ont globalement une trajectoire plus proche du sol avec peu de variations de hauteur. Leur trajectoire est plus régulière que celle des bipales : c'est une simple ellipse, voir un cercle (voir annexe partie 2). Ainsi, ces boomerangs sont utilisés pour les débutants mais aussi dans les compétitions du type acro-doubling ou de vitesse car on peut les rattraper facilement en prévoyant leur trajectoire. Les quadripales ont des trajectoires généralement similaires et peuvent également être utilisés dans ces circonstances.

Cette théorie ne fait que confirmer la seconde constatation que nous avions tirée de notre première expérience. Les tripales sont donc bien les boomerangs les plus faciles à rattraper et dont la trajectoire est la plus prévisible.

Nous allons maintenant parler de la façon dont les modifications, apportées au boomerang, vont influencer sa trajectoire.

  • Les trous : vont alléger le boomerang mais localement, la répartition de la masse ne sera donc plus homogène. Le boomerang sera plus léger, puisqu'on aura enlevé de la matière. Cependant sa masse sera plus concentrée au centre si les trous sont situés aux extrémités des pales et si les trous sont à la base des pales la masse sera plus concentrée aux extrémités des pales. On pourra également placer des trous le long du bord de fuite ou du bord d'attaque. Une répartition différente de la masse entraînera une application différente de la gravité à laquelle devra faire face la portance. On pourra aussi noter que les trous seront traversés par de l'air pendant le vol et que l'écoulement de l'air en sera ainsi perturbé. L'air étant un paramètre influençant la trajectoire que prendra le boomerang, les trous modifieront sa trajectoire de deux manières, même si la seconde n'est pas réellement souhaitée.
  • Les élastiques : vont être utilisés sur les boomerangs comme des freins, mais ils vont également alourdir l'objet. Comme pour les trous, la répartition de la masse sera rendue hétérogène. On peut les poser à n'importe quel niveau des pales, mais pour des effets différents. Des élastiques au milieu des pales vont lui conférer une meilleure tenue au vent, tandis que positionnés à la base des ailes le boomerang aura une trajectoire plus courte que l'initiale. En plus de pouvoir placer des élastiques tout au long des ailes, on peut varier leur nombre. On peut mettre par exemple sur un tripale un élastique sur une seule pale, deux pales ou les trois, et selon la forme du boomerang les élastiques ne modifieront pas la trajectoire de la même manière. Ce sont autant de variations que de trajectoires différentes.
  • Les torsions : comme nous l'avons précédemment expliqué, la torsion des pales, quelle qu'elle soit, va modifier la façon dont s'écoule l'air autour du boomerang. Lorsqu'on oriente les pales vers le haut, la trajectoire est moins lisible, elle ne sera plus une ellipse bien observable, mais la durée de vol sera augmentée. Si on oriente les pales vers le bas, le vol sera raccourci car on pourra observer le boomerang « plonger » à la fin de sa trajectoire, et il pourra même aller jusqu'à tomber. Une fois de plus on peut moduler cette modification à souhait pour avoir tout un panel de trajectoires : appliquer une torsion sur une seule pale, deux pales ou les trois pales (pour un tripale), appliquer des torsions différentes selon les pales, les appliquer sur des boomerangs différents...