Les Savoirs. Les ateliers

Transcription

1 L AIR Cette salle a été mise en œuvre à partir des travaux de l école de Saint Sorlin (01) Dossier réactualisé par Thierry Perrier PE/Jean-luc Estublier CP 12/06 1

2 Les Savoirs - Mise en évidence de la présence de l air - Mise en évidence de la dilatation et de la contraction de l air - Mise en évidence de la masse de l air - L air en mouvement exerce une force qui peut s opposer au poids d un objet - L air en mouvement exerce sur un objet une force qui dépend de la surface de l objet, de la forme de l objet, de la vitesse du mouvement. Les ateliers 5 ateliers encadrés par un adulte 2 ateliers en autonomie 1 atelier lexique (homophones et expressions avec le mot «air») 1 atelier «transvasement d eau» avec pipette/pompe à fuel 2

3 Atelier 1 Mise en évidence de l air Connaissances visées L air est partout. L air est présent tout autour de nous mais on ne le voit pas. Explication 1 : La bougie consomme un des composants de l air pour brûler. Quand il n y a plus ce composant de l air, elle s éteint. Les bocaux de capacité importante offrent plus d air, donc la bougie brûle suivant une durée qui est en relation avec la capacité offerte. Plus le bocal est d une capacité importante, plus il offre d air, plus la bougie brûle longtemps. Dispositif expérimental 1 : 3 bocaux de capacités différentes, 3 bougies identiques placées sous les 3 bocaux. Observer le dispositif : que va t-on faire avec ce dispositif? Emettre des hypothèses: que va t-il se passer? Echanger, garder traces de ces hypothèses par écrit dans le cahier d expérience. Expérimenter : Allumer les bougies en même temps Dessiner et écrire. Echanger. Comparer avec les hypothèses émises. Explication 2 Quand on plonge verticalement dans l eau un verre garni d un objet fixé à l intérieur sur son fond, l objet reste sec. Le verre immergé verticalement garde une réserve d air qui garde au sec l objet fixé. Dispositif expérimental 2 : Un récipient haut rempli d eau, des verres transparents, des mouchoirs en papier, des boules de coton, du scotch. Défi lancé : comment garder un mouchoir sec en le plongeant au fond de l eau? identique 3

4 Atelier 2 Mise en évidence de l air Connaissances visées : L air est partout. L air est présent tout autour de nous mais on ne le voit pas. Un bocal apparemment vide est en fait «plein» d air. Possibilité de faire soit n 1 soit n 2 en alternance (gain de temps) Explication 1 Lorsqu on bouche le tuyau de l ouverture latérale, l eau contenue dans l entonnoir ne s écoule pas car elle ne peut pas prendre la place de l air présent dans le pot. Si on libère l extrémité du tuyau souple, l air poussé par l eau peut s échapper, l eau coule à l intérieur du bocal. Dispositif expérimental : Pot présentant 2 ouvertures : le goulot central obturé par un entonnoir et 1 ouverture latérale munie d un tuyau souple, 1 bouteille remplie d eau. Défi lancé : comment empêcher l eau de descendre dans la bouteille? Observer le dispositif, comprendre le défi Emettre des hypothèses : Que va t-il se passer? Garder traces des hypothèses par écrit dans le carnet d expériences. Expérimenter. Dessiner et écrire ce qui se passe, échanger. Comparer avec les hypothèses émises. Explication 2 Quand on aspire à l aide du tuyau, l eau du récipient monte dans le ballon. En aspirant, on a enlevé de l air qui était présent dans le ballon, l eau peut prendre la place de l air aspiré. Dispositif expérimental Ballon en verre renversé sur un récipient qui contient de l eau colorée. Un tuyau souple monte dans le ballon vide et offre un accès extérieur au dispositif. Défi lancé : comment faire monter l eau dans le ballon? identique 4

5 Atelier 3 Mise en évidence de la dilatation de l air Connaissances visées : L air de dilate sous l action de la chaleur et se contracte quand il est refroidi. L expérience 1 est indispensable. L expérience 2 peut être réalisée collectivement dans la salle ou en classe comme évaluation. Explication 1 Lorsqu on chauffe la bouteille, l air qu elle contient se dilate et le ballon gonfle. Lorsqu on refroidit la bouteille, l air se contracte, le ballon se rétracte, il peut même rentrer dans la bouteille! Avec des glaçons, phénomène accentué! Dispositif expérimental 1 ballon gonflable sur une bouteille en plastique vide (préalablement détendre le ballon), 2 récipients, 1 rempli d eau très chaude, l autre rempli d eau froide. Plaque chauffante électrique ou bouilloire électrique.! Observer le dispositif que va t-on faire avec ce dispositif? Emettre des hypothèses : que va t-il se passer? Echanger, garder traces de ces hypothèses par écrit dans le cahier d expérience. Expérimenter : Tremper le dispositif dans le seau rempli d eau chaude, puis dans celui rempli d eau froide. Dessiner et écrire ce qui se passe, échanger. Explication 2 Quand on trempe la bouteille apparemment vide dans l eau très chaude, des bulles s échappent dans le bac rempli d eau colorée, par le tuyau. L air contenu dans la bouteille s est dilaté : il tend à occuper plus de place. Quand on trempe, dans un 2 ème temps, la même bouteille dans l eau froide, l air de la bouteille occupe moins de place, l eau colorée revient dans la bouteille pour prendre la place de l air. Avec des glaçons, phénomène accentué! Bac rempli d eau colorée, relié par un tuyau souple à une bouteille vide, 2 récipients remplis, l un d eau très chaude, l autre d eau froide. Observer le dispositif que va-t-on faire avec ce dispositif? Emettre des hypothèses : que va t-il se passer? Echanger, garder traces de ces hypothèses par écrit dans le cahier d expériences. Expérimenter : sans dissocier le dispositif, tremper la bouteille dans l eau chaude, puis dans l eau froide Dessiner et écrire ce qui se passe, échanger. 5

6 Atelier 4 Mise en évidence de la masse de l air Connaissance visée : L air a une masse. La distinction masse /poids n est pas au programme de l école élémentaire. Explication : Le ballon de volley a une enveloppe qui ne se dilate pas, le volume du ballon est constant. Après avoir insufflé de l air dans le ballon, le plateau de la balance contenant le ballon s incline car le ballon est alourdi. Donc l air a une masse. Dispositif expérimental ballon de volley, 1 pompe à vélo, 1 balance de Roberval, 1 pèse lettre. Emettre des hypothèses : que va t-on faire avec ce dispositif? Que va t-il se passer? Echanger, garder traces de ces expériences par écrit dans le cahier d expérience. Expérimenter : Peser le ballon (1 ère pesée). Insuffler de l air (2 ème pesée). Dessiner et écrire ce qui se passe, échanger. Comparer avec les hypothèses émises. 6

7 Atelier 5 L air en mouvement exerce sur un objet une force qui s oppose à la masse de l objet Connaissances visées : l air en mouvement peut porter un objet. L air en mouvement exerce une force. Explication : Le courant d air produit par le sèchecheveux exerce sur la balle une poussée qui s oppose à son poids. Dispositif expérimental 1 sèche-cheveux, un dispositif construit avec une paille coudée, des épingles à tête et de la pâte à modeler, des balles plus ou moins légères (en plastique, polystyrène, ping-pong ). Observer le dispositif. Emettre des hypothèses : que va t-on faire avec ce dispositif? Que va t-il se passer? Echanger, garder traces de ces expériences par écrit dans le cahier d expériences. Expérimenter : Souffler, utiliser le sèche-cheveux Dessiner et écrire ce qui se passe, échanger. Comparer avec les hypothèses émises. 7

8 Atelier 6 L air en mouvement exerce sur un objet une force qui dépend de 1. De la forme Explication 1 A force constante de l air, l objet présentant la surface creuse (concave), s élève plus haut que l objet présentant la surface plane, qui s élève lui-même plus haut que l objet présentant la surface bombée (convexe), car la force de l air dépend de la forme de l objet. Dispositif expérimental 1 1 ventilateur à 3 vitesses, 1 dispositif qui rend l air laminaire, 3 tiges de même masse : 1 tige offre une surface concave, 1 tige offre une surface convexe, 1 tige offre une surface plane. Quelle est la tige qui s élèvera le plus sous l action de l air en mouvement? Comment la placer? Classe les 3 tiges, de celle qui s élève le plus à celle qui s élève le moins, dis pourquoi. Observer le dispositif, comprendre le questionnement Emettre des hypothèses : que va t-il se passer? Garder traces de ces hypothèses par écrit dans le cahier d expériences. Expérimenter : appliquer une vitesse de vent identique aux 3 bandes. Dessiner et écrire ce qui se passe, échanger. Comparer avec les hypothèses émises. 8

9 2. De la vitesse de l air Explication 2 Plus l air est rapide, plus sa force est grande et plus l aile volante monte : Dispositif expérimental 2 1 ventilateur à 3 vitesses, 1 dispositif qui rend l air laminaire, 3 tiges de même masse : 1 aile volante mobile sur une tige verticale. Comment faire monter l aile volante le plus haut possible? 3. De la surface de l objet Explication 3 Plus la surface de l objet est grande, plus la force de l air est importante, plus l objet «monte». Dispositif expérimental 3 1 ventilateur à 3 vitesses, 1 dispositif qui rend l air laminaire, 3 tiges de même masse : 3 ailes volantes de surfaces différentes (de mêmes masses)mobiles sur une tige verticale. Quelle est l aile volante qui va monter le plus haut? 4. De l inclinaison de l objet Explication 4 Quand l air en mouvement appuie sur les volets levés, le planeur monte. Quand l air en mouvement appuie sur les volets baissés, le planeur descend. Dispositif expérimental 4 (Application pratique ) 1 ventilateur à 3 vitesses, 1 dispositif qui rend l air laminaire, 1 planeur muni d une gouverne suspendu à une tige horizontale. Comment faire monter ou descendre le planeur? 9

10 Atelier en autonomie Mise en évidence de la présence de l air Connaissance visée : Lorsque l air est présent dans un objet, il est impossible d y substituer un autre élément. Explication : Lorsque l on presse la pipette, l air sort et l eau peut prendre sa place. Idem avec la pompe à fuel Dispositif expérimental Une pompe à fuel domestique Des pipettes Expérimenter : transvaser Représenter Essayer d expliquer le phénomène Ecrire (cahier d expériences), verbaliser Atelier «Prolongements en classe» Mise en évidence de la Présence de l air (atelier synthèse 1et 2) Connaissance visée : L air est présent partout : lorsque l air est présent dans un objet, il est impossible d y substituer un autre élément. Lorsqu il disparaît, il est remplacé Explication : Lorsque la bougie brûle, elle consomme de l air (l oxygène contenu dans l air), celui-ci laisse la place à l eau qui prend la place laissée libre. Dispositif expérimental 1 bocal transparent, 1 bougie, 1 récipient transparent avec de l eau Observer le dispositif : décrire, que va-t-on faire? Emettre des hypothèses (cahier d expériences) Expérimenter Comparer avec les hypothèses émises Expliquer 10

11 Qu est-ce que cela veut dire? avoir l AIR de, avoir l AIR de rien jouer un AIR prendre l AIR avoir la tête en l AIR avoir le nez en l AIR en plein AIR prendre de grands AIRS changer d AIR avoir un drôle d AIR 11

12 DEVINE? Un pauvre HERE, C est. Il ERRE dans la forêt. Il est L EIRE, c est un pays! Lequel?. Je calcule l AIRE du carré. C est 12