SEQUENCE : Transmission de mouvement

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1 SEQUENCE : Transmission de mouvement (des systèmes d engrenages) Les objets techniques: Projet «Le vélo en balade» Attendus de fin de cycle 3 : Observer et décrire différents types de mouvements Programmes 2015 Compétences travaillées Pratiquer des démarches scientifiques Proposer, avec l aide du professeur, une démarche pour résoudre un problème ou répondre à une question de nature scientifique ou technologique : formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique simple ; proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème ; proposer des expériences simples pour tester une hypothèse ; interpréter un résultat expérimental, en tirer une conclusion ; formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale. Domaine du socle : 4 Concevoir, créer, réaliser Identifier les évolutions des besoins et des objets techniques dans leur contexte. Identifier les principales familles de matériaux. Décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs composants. Réaliser en équipe tout ou une partie d un objet technique répondant à un besoin. Repérer et comprendre les interconnexions des systèmes et réseaux d information. Domaine du socle : 5 S approprier des outils et des méthodes Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer une mesure ou réaliser une expérience. Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités et l outil utilisés. Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations et des expériences Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 1

2 réalisées. Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale. Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées. Extraire les informations pertinentes d un document et les mettre en relation pour répondre à une question. Utiliser les outils mathématiques adaptés. Domaine du socle : 2 Pratiquer des langages Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant un vocabulaire précis. Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique, tableau, algorithme simple). Utiliser différents modes de représentation formalisés (schéma, dessin, croquis, tableau, graphique, texte). Expliquer un phénomène à l oral et à l écrit. Domaine du socle : 1 Mobiliser des outils numériques Utiliser des outils numériques pour : communiquer des résultats ; traiter des données ; simuler des phénomènes ; représenter des objets techniques ; identifier des sources d informations fiables. Domaine du socle : 2 Adopter un comportement éthique et responsable Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions de santé, de sécurité et d environnement. Mettre en œuvre une action responsable et citoyenne, individuellement ou collectivement, en et hors milieu scolaire, et en témoigner. Domaines du socle : 3, 5 Se situer dans l espace et dans le temps Replacer des évolutions scientifiques et technologiques dans un contexte historique, géographique, économique et culturel. Se situer dans l environnement et maitriser les notions d échelle. Domaine du socle : 5 Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 2

3 Eléments de connaissances Un mécanisme est généralement composé d'éléments en mouvement qui agissent les uns sur les autres en vue d'un fonctionnement d'ensemble. On appelle organes les éléments de base du mécanisme. Les principaux systèmes de transmission de mouvement : Les systèmes poulies / courroie : Ce dispositif, assurant la transmission d'un mouvement de rotation à distance, renferme au minimum 2 poulies et une courroie. Une poulie est une roue portée par un axe et dont la jante est aménagée pour recevoir une courroie. Il s'agit de transmettre un mouvement à distance. L'entraînement est réalisé par l'adhérence de la courroie sur les poulies. Deux poulies reliées par une courroie directe ont le même sens de rotation, deux poulies reliées par une courroie croisée ont des sens de rotation inverses. Si les deux poulies ont le même diamètre, elles effectuent, en un temps donné, le même nombre de tours. Si elles ont des diamètres différents, la vitesse de rotation est multipliée ou réduite. Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 3

4 Les systèmes «pignons / chaîne» qui est l objet de la séquence : Ce système permet la transmission d'un mouvement de rotation entre deux roues dentées qui ne sont pas en contact. L'entraînement se fait par les maillons d'une chaîne qui s'engrènent sur les dents de la roue. On appelle «pignon» la roue dentée qui a le plus petit nombre de dents. La «chaine» est l organe intermédiaire de ce système. Le sens de rotation de la roue d entrée et de la roue de sortie est identique. Le mouvement des roues est réversible. On peut utiliser les roues dentées et les chaînes pour changer la vitesse de rotation du système. Si le nombre de dents de la roue d entrée est égal au nombre de dents de la roue de sortie, il n y aura pas de changement de vitesse. Si le nombre de dents de la roue d entrée est différent du nombre de dents de la roue de sortie, il y aura alors un changement de vitesse. Si la roue d entrée comporte deux fois moins de dents, la roue de sortie tourne deux fois moins vite que la roue d entrée. Si la roue d entrée comporte deux fois plus de dents, la roue de sortie tourne deux fois plus vite. Les systèmes d engrenages : Un engrenage est un mécanisme constitué d au moins deux roues dentées mobiles en rotation autour de deux axes. Les dents viennent successivement en contact les unes avec les autres, on dit qu elles «s engrènent». Ces roues peuvent avoir différents diamètres et un nombre de dents différent. On appelle «pignon» la roue dentée qui a le plus petit nombre de dents. Le système peut être amorcé par n importe quelle roue. Le mouvement de transmission est réversible. La roue d entrée (roue «menante») entraîne par le contact successif de ses dents la roue de sortie (roue «menée»). Lorsque le nombre de roues dentées extérieurement est pair, le sens de rotation de la roue d entrée et le sens de rotation de la roue de sortie sont inverses. Lorsque le nombre de roues dentées extérieurement est impair, le sens de rotation de la roue d entrée et le sens de rotation de la roue de sortie sont identiques. Les mécanismes à roues de frictions : Les roues de friction sont un système mécanique composé de deux roues qui sont en contact et qui servent à la transmission du mouvement de rotation. Les roues n ont pas de dents; leur surface est souvent rugueuse. Le sens de rotation de la roue d entrée et le sens de la rotation de la roue de sortie sont inversés. Le mouvement est réversible. On peut tourner les roues dans un sens comme dans l autre. Si les roues sont de diamètres différents alors la vitesse de rotation de la petite roue est supérieure à la vitesse de rotation de la grande roue. La vitesse de rotation est alors multipliée ou réduite Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 4

5 L'énergie susceptible de mettre en mouvement les différents mécanismes peut prendre différentes formes : mécanique (les muscles, les fluides comme l'eau et l'air), chimique (les combustibles), rayonnante (le soleil), thermique (nappes géothermiques), électrique, nucléaire. Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 5

6 SEQUENCE: Le vélo et son mécanisme de transmission de mouvement OBJECTIFS NOTIONNELS: Matériaux et objets techniques : décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions - Faire fonctionner un objet technique de la vie quotidienne dans lequel un mouvement est transmis. - Identifier le mécanisme et construire le principe de fonctionnement. -Identifier des systèmes de variations : vitesses de rotation. - Isoler, inventorier les pièces, les constituants, les sous-ensembles d un objet technique. - Décrire et représenter le fonctionnement observé des éléments constituant une fonction technique. - Décrire et comparer des solutions techniques : constitutions, fonctions, organes. - Identifier les fonctions assurées par un objet technique : la fonction d usage et d estime Matière, mouvement, énergie, information : Observer et décrire différents types de mouvements Décrire un mouvement et identifier les différences entre mouvements circulaire et rectiligne. Mouvement d un objet (trajectoire et vitesse : unités et ordres de grandeur) L élève part d une situation où il est acteur qui observe (en courant, faisant du vélo..) celles où il n est qu observateur. Rappel : Le système «pignons / chaîne» : - Il permet la transmission d'un mouvement de rotation entre deux roues dentées qui ne sont pas en contact. L'entraînement se fait par les maillons d'une chaîne qui s'engrènent sur les dents de la roue. - La roue arrière porte un pignon sur son axe. - La vitesse de rotation de la roue arrière du vélo dépend du rapport de taille entre les deux roues dentées (plateau sur le pédalier et pignon sur la roue). Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 6

7 Du 08 au 19 mai 2017 Séance 1: Identifier les différents composants du mécanisme Objectif : Il s agit au cours de cette 1 ère séance de faire ressortir les conceptions individuelles des élèves sur le fonctionnement d un vélo en schématisant ce qui se cache derrière un carter, puis de choisir ensemble avec les élèves, 2 à 3 conceptions pour la classe. Matériel : Vélo avec carter de protection retourné sur une table Productions : - schéma individuel - schéma de groupe Outils et usages numériques : Appareil photo (ou smartphone ou tablette tactile), mur collaboratif Padlet 1 >> Produire du contenu numérique, pour restituer les conceptions de la classe, en intégrant un média image/photo.. Déroulement : 1. Recueil des conceptions sur la notion de mécanisme «Sur le vélo, le carter est une pièce de protection : que cache t-il?» Les élèves dessinent leur schéma sur une feuille. 2. La liste des propositions (au tableau) Les différentes propositions des élèves sont comparées, classées en fonction des ressemblances, différences et autres critères de tri. A ce stade, les manques et les erreurs sont volontairement acceptés. La disparité permet d installer les élèves dans le questionnement. Il est fort possible, par exemple, que les élèves ne représentent pas les roues dentées et les maillons de la chaine comme dans le cas d un système poulie-courroie. Deux ou trois productions de groupes seront publiées par classe sur le mur collaboratif 1 du projet. Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 7

8 Du 22 mai au 02 juin 2017 Séance 2: le mécanisme de transmission de mouvement Objectifs : il s agit au cours de cette 2 ème séance - de faire confronter les différentes conceptions à partir des publications sur le mur Padlet, - de faire produire par les élèves la définition de «mécanisme». - de faire décrire et dessiner par un croquis à main levée ou schématiser par les élèves les éléments constituant une fonction technique du vélo. Matériel : Vélo avec carter de protection retourné sur une table Outils et usages numériques : mur collaboratif Padlet 1 (à consulter et annoter) >> Echanger et collaborer, sur les conceptions des classes sur le fonctionnement du vélo (derrière le carter), en utilisant les outils numériques. >> Produire une synthèse intermédiaire de classe sur la notion de «mécanisme.». Déroulement : 1. Analyse des productions des groupes sur le mur Padlet (affichage et photos) Inviter les élèves à comparer, à discuter les contributions des autres classes, en justifiant leurs points de vue. Comment sont reliées les pièces détachées entre elles? Quels sont leur rôle? 2. Situation problème a. L enseignant retire le carter pour faire découvrir les éléments cachés : chaîne, roue dentée (plateau). b. Les remarques des élèves sur le problème de dysfonctionnement possible de leur propositions premières (mur 1) sont vérifiées par la manipulation du pédalier. 3. Définir (en groupe, collectivement) à l oral, puis l écrit la notion de «mécanisme» a. En groupe, les élèves se concertent. Puis, individuellement, ils schématisent le mécanisme à partir de ce qu ils voient. Il est important de leur faire remarquer qu à chaque fois, un maillon de la chaine doit correspondre avec une dent de la roue. b. En groupe, les élèves s entraident pour élaborer la notion de mécanisme. une trace écrite (papier), qui servira à la trace écrite commune de la classe (copie dans les cahiers d expériences). c. Publication de 4. Publication de deux ou trois traces écrites de la classe (schéma + définition du mécanisme) sur le Mur collaboratif 2. La classe peut expliquer les évolutions apportées comparées à leurs productions initiales de la séance 1 (mur 1). Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 8

9 Du 05 au 19 juin 2017 Séance 3: les rapports de vitesse Objectif : Il s agit au cours de cette séance : - de faire découvrir l impact de la différence de taille entre les 2 roues dentées. - d effectuer et de restituer des mesures. - de faire décrire les pièces, constituants, sousensembles d un vélo - de faire produire une synthèse sur le fonctionnement du vélo. Matériel : chaîne/pignons observé sur un vélo retourné équipé d un dérailleur Outils et usages numériques : mur collaboratif Padlet, outil Adobe Spark vidéo >> produire une synthèse numérique expliquant le résultat de ses investigations et l état des connaissances, en intégrant différents médias. Déroulement : «A quoi sert le dérailleur sur ce vélo? Comment fonctionne-t-il?» 1. Expérimentation En groupe : les élèves actionnent le pédalier et tente de comprendre le principe de fonctionnement du dérailleur. Il faut guider l observation vers le changement de vitesse de rotation de la roue en fonction du pignon choisi. 2. Présentation des productions et analyse a. Après avoir pointé les différences de vitesse de rotation des roues, les élèves sont invités à préciser leur validation en comptant les tours grâce à un système de marquage sur le pédalier et sur le pignon de la roue arrière («patafix»). Les élèves font varier les rapports et appuient sur les pédales pour vérifier l impact. b. Une trace écrite de groupe peut comprendre différentes représentations : texte, tableau. Des mesures et comparaisons sont réalisées par les élèves. (cf. croisements avec l enseignement des mathématiques). Outils d aide : - Vidéo simulant le principe de fonctionnement d un vélo : - Source : site Fondation La Main à la pâte, guide pédagogique «Je suis éco-mobile!» - La même vidéo est disponible sur le site Edumedia avec des explications en ligne. - vidéo C est pas sorcier, Les fous du vélo : Cette vidéo explique notamment le concept de braquet et de développement (11min 37 à 12min 34) (braquet : nombre de dents du plateau /nombre de dents de la roue arrière) Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 9

10 3. Trace écrite (collective) A partir des traces écrites de groupe, la classe propose une ou deux traces numériques sur le mur collaboratif 3. Des tableaux présentant le nombre de dents et le nombre de tours complètent la trace écrite. Le format des productions peut prendre la forme de Powerpoint, ou de capsules vidéo (avec l outil Adobe Spark Vidéo). D autres ressources : - vidéo expliquant le fonctionnement d un vélo (collège Chérioux, Créteil) En option Séance 4 : «Fonction d usage ou fonction d estime» ou au choix «L évolution de l objet technique dans le temps» Objectifs : Les élèves sont amenés à décrire les fonctions assurées par un objet. Ils peuvent replacer les évolutions scientifiques et technologiques du vélo dans un contexte historique, économique. Outils et usages numériques : >> produire du contenu numérique pour une synthèse des connaissances (padlet, Adobe Spark) >> créer un quiz en ligne pour les parents, une autre classe (outil Google Form) >> rechercher de l information sur internet, et avoir un usage sûr et responsable d internet (Moteur de recherche Qwant junior Ressources : Page web à destination des élèves, expliquant les notions de fonction d estime et fonction d usage avec une petit quiz en ligne e_synthese%20objets_objets%20techniques_5.html Alain MORiVAL (CPC) et Nathalie PENIN (Référent Numérique) Circonscription Grenoble Montagne (Isère) - 10

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