Enseigner les sciences à l'école -

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1 1 sur 5 01/11/ :22 Enseigner les sciences à l'école - Gro upe départem ental des Hauts-de-Seine Des mobiles en équilibre DEFI : Comment fabriquer et équilibrer un mobile? Niveau : Cycle 3 Classe : C.E.2 b - Mme Pascale Bernigole - Ecole élémentaire Velpeau (Antony) Libellé : Comment fabriquer et équilibrer un mobile? Matériel Baguettes en bois ou pique à brochettes ; Fil nylon transparent ; Pinces à linge ; Fil de cuisine ; Objets décoratifs à suspendre ; Attaches pour les objets. Situation problème Pour les fêtes de fin d année, la classe décide de réaliser un objet décoratif : son choix s est porté sur un mobile. Dans un premier temps, les enfants vont mener une recherche documentaire sur les mobiles pour répondre à la question : Qu est-ce qu un mobile? Dans un deuxième temps, les élèves vont observer différents mobiles apportés par l enseignante et d autres modèles réalisés par le sculpteur Alexandre Calder. Dans un troisième temps, ils vont essayer d en fabriquer un. Pour y parvenir, les élèves vont tâtonner et vont chercher à comprendre le fonctionnement d un équilibre horizontal. Ce travail a été décomposé en plusieurs défis successifs à résoudre par les élèves au cours des séances. Hypothèses des élèves L équilibre dépend de l endroit où sont accrochés les fils sur la baguette. L équilibre dépend des objets accrochés aux extrémités des fils. Déroulement Séance 1 : Observation de mobiles La classe commence par observer des mobiles : Mobile n 1 : Les objets (boules de tailles différentes) sont accrochés aux extrémités, l axe est excentré, le fléau est en équilibre horizontal ; Mobile n 2 : Les objets (boules de tailles identiques) sont accrochés aux extrémités, l axe est centré, le fléau est en équilibre horizontal. Suite à ces observations, voici quelques réflexions des enfants : Des boules sont accrochées ; Il y a des grosses et des petites boules ; On se sert de baguettes pour fabriquer le mobile ; C est droit ; C est stable ; Sur un mobile, les objets sont pareils, sur l autre, les objets sont différents ; Le fil qui sert à tenir le mobile n est pas au même endroit ; C est en équilibre.

2 2 sur 5 01/11/ :22 Séance 2 : Comment équilibrer un fléau horizontal? L objectif de cette séance est d équilibrer horizontalement une baguette (fléau) suspendue à un fil (axe de rotation). Matériel utilisé : pique à brochette et fil de cuisine. Hypothèses des élèves : L accroche se fait au milieu de la baguette et le poids doit être identique des 2 côtés du fil (c est-à-dire qu il faut la même longueur de baguette de chaque côté). Expériences réalisées : Les élèves ont constater que le poids de la baguette n est pas réparti de façon uniforme donc les positions d accroche n ont pas été les mêmes pour tous les groupes mais chaque binôme a cherché le point d équilibre de son montage (baguette + fil) et a pu constater qu il fallait faire varier la position du fil sur la baguette. La mise en commun des résultats a permis de conclure que le point d attache du fil se situait vers le milieu de la baguette. Séance 3 : Comment équilibrer un mobile avec 1 fléau et des objets fixés? L objectif de cette séance est de réaliser un mobile en équilibre avec des objets fixés sur un fléau. Matériel : Epingles à linge identiques, pique à brochette et fil de cuisine. Une série de défis est proposée aux enfants : les enfants vont résoudre successivement plusieurs défis ; Au fur et à mesure que les défis sont résolus par les équipes, elles passent au défi suivant en se servant du montage réalisé lors du défi précédent ; Il est précisé que les épingles peuvent être placées ailleurs qu aux extrémités ; Si des équipes restent longtemps bloqués, d autres qui ont trouvés viennent les aider. Défis : Comment équilibrer horizontalement une baguette (fléau)... 1) En plaçant un objet d un côté de l axe? 2) En plaçant un objet de chaque côté de l axe?

3 3 sur 5 01/11/ :22 3) En plaçant un objet d un côté de l axe et deux objets de l autre côté? 4) En plaçant deux objets (puis un nombre d objets de votre choix) de chaque côté de l axe? Conclusions collectives émises suite à la série de défis : Le point d équilibre d un objet n est pas toujours au milieu de celui-ci ; Un objet lourd fait davantage pencher le fléau qu un objet léger si ils sont fixés à égale distance de l axe ; Pour obtenir l équilibre du fléau avec un objet lourd et un léger, il faut rapprocher l objet lourd de l axe. Séance 4 : Comment fabriquer un mobile avec deux fléaux et des objets fixés? L objectif de cette séance est de réaliser un mobile en équilibre avec des objets fixés sur deux fléaux. Matériel : Epingles à linge identiques, 2 piques à brochette et fil de cuisine.

4 4 sur 5 01/11/ :22 Les enfants ont choisi de travailler sur l équilibre des deux fléaux séparément puis de les réunir et de réaliser un nouvel équilibre horizontal. Résultats possibles du défi : On peut obtenir l équilibre d un fléau suspendu à l aide d un fil (axe de rotation), soit en suspendant des objets de masses égales à égales distances de l axe de rotation, soit en suspendant des objets de masses différentes à des distances différentes de l axe. Séance 5 : Réinvestissement L objectif de cette séance est de réinvestir le travail réalisé au cours des séances précédentes. Chaque enfant doit fabriquer un mobile décoratif à l occasion des fêtes de fin d année. Ce mobile est constitué de deux fléaux et deux objets fixés sur chacun des fléaux (boules de noël, dessins d enfants). Exemple de mobiles réalisés par les enfants : Traces écrites Traces écrites N 1 Traces écrites N 2 Prolongements du défi On peut ensuite travailler sur les balances, les leviers... Documents d accompagnement des programmes, enseigner les sciences à l école, cycle 3, édition Scérén, CNDP, 2002 (Le fonctionnement du levier - Donnez-moi un point d appui : je soulèverai le monde). Conseils, renseignements pratiques Penser à couper l extrémité pointue des piques à brochettes. L accrochage des fils de nylon sur les fléaux n est pas évident. Le poids de la baguette n est pas réparti uniformément sur sa longueur. Bibliographie / Sitographie Documents d application des programmes, Fiches connaissances, cycles 2 et 3, édition Scérén, CNDP, 2002 (Fiche n 24 : Leviers et balances).

5 5 sur 5 01/11/ :22 site de La Main à la pâte Exposition au Centre Beaubourg (Paris) sur les mobiles d Alexandre Calder.