LA MAIN A LA PATE L air Cycle 2 L air.

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1 LA MAIN A LA PATE L air Cycle 2 L air.? L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 1

2 LA MAIN A LA PATE L air Cycle 2 L'air. PROGRESSION GENERALE Séance n 1 : Questionnement initial à propos de l air : qu est-ce que l air? A quoi cela sert? Est-ce que l on peut le voir? etc. Séances n 2 et 3 : Mise en évidence de la présence de l air, par deux expériences : un mouchoir coincé au fond d un verre plongé à l envers dans une bac rempli d eau reste sec ; échanger le contenu de deux verres renversés dans l eau, l un plein d air, l autre plein d eau. Séance n 4 : L air chauffé se dilate : lorsqu on trempe une bouteille surmontée d un ballon de baudruche dans de l eau chaude, celui-ci se gonfle. Séance n 5 : L air chauffé monte : fonctionnement d un carillon des anges. Séance n 6 : L air sert à la combustion : une bougie s éteint si on la recouvre d un bocal. Il n y a plus assez d air pour entretenir la combustion. Séance n 7 : L air peut exercer une poussée (force), c est ce qui fait avancer un ballon de baudruche quand on le lâche. Introduction du principe de réaction. Séances n 8 et 9 : Construction d une petite voiture qui se propulse grâce au principe de réaction, avec un ballon de baudruche. On pourra se référer pour ce thème aux fiches connaissances suivantes qui se trouvent sur le site Internet du M.E.N et dont l adresse est - L air - Mélanges et solutions. L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 2

3 LA MAIN A LA PATE L air Cycle 2 L'air. LISTE DU MATERIEL Pour une classe de 30 élèves (7 groupes) : 7 bacs en plastique transparent (L 23 cm, l 14 cm, h 14 cm) 40 gobelets en plastique transparent 1 boîte de mouchoirs en papier 2 feutres indélébiles bleu et rouge 100 pailles-chalumeaux 40 de ballons de baudruche 7 éponges 3-4 carillons des anges 20 bougies 40 piques à brochettes des allumettes 1 bobine de fil de couture (50 m) de l encre ou du colorant alimentaire 30 boîtes de petites dimensions (ex : boîte d allumettes) (à apporter de la maison) 120 bouchons de bouteille en plastique (à apporter de la maison) 7 bouteilles en plastique (à apporter de la maison) 7 pots de confitures (à apporter de la maison) du papier journal (à apporter de la maison) L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 3

4 LA MAIN A LA PATE L air Cycle 2 L AIR (cycle 2) Place dans le programme : Le monde de la matière et des objets ; la matière ; l existence de l air. 1. QUESTIONNEMENT INITIAL (séance 1) Qu est-ce qui nous entoure? de l air ; Qu est-ce que l air? un gaz ; Est-ce qu on le voit?est-ceque l on en a besoin? Pour quoi faire? Peut-on sentir l air? Que pouvez-vous dire sur le vent? Le vent est en effet une mise en évidence de l air. Les élèves peuvent se mettre à courir pour mieux sentir l air. Ce questionnement permet d avoir une idée plus précise des représentations des élèves. On peut terminer la discussion en demandant aux élèves s ils connaissent des expressions de la vie quotidienne qui utilisent le mot «air». Exemples : «il ne manque pas d air», «aller prendre l air», «un courant d air», «brasser de l air», «en plein air», etc. Pour toutes les séances suivantes, l élève doit noter ses observations et dessiner les expériences réalisées sur un cahier d expériences. 2. MISE EN EVIDENCE DE LA PRESENCE DE L AIR (séances 2 et 3) Montrer que nous sommes entourés de «quelque chose», l air, en le rendant «visible» un bac en plastique transparent 2 verres en plastique transparent 2 feutres indélébiles bleu et rouge des mouchoirs en papier des éponges et des pailles Déroulement : Ces deux premières expériences sont destinées à éveiller la curiosité des élèves, donc assez ludiques. Mouchoir en papier L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 4

5 2 ème séance : chaque groupe d élèves dispose d un récipient assez grand rempli d eau, et chacun a un verre en plastique avec un mouchoir tassé au fond. L enseignant, après avoir donné les consignes de propreté (à cause de l eau) explique l objectif : on veut qu il y ait de l eau au-dessus du mouchoir, mais qu il reste sec. 10 minutes après, on fait le point ; un élève par groupe explique ce qui a été fait, et si cela a réussi. Puis l enseignant refait l expérience, en enfonçant le verre à l envers, verticalement. L eau n est pas montée dans le verre ; quelque chose l en a empêchée ; quelque chose qu on ne voit pas. Pour le rendre visible, l enseignant peut incliner légèrement le verre : des bulles d air remontent, alors que l eau remplit le verre. + Pour des grandes sections, un temps de familiarisation est indispensable. On pourra mettre à disposition des élèves : un bac rempli d eau, des verres, des pailles et des éponges. On pourra leur demander de faire des bulles avec les pailles, puis avec les verres. 3 ème séance : chaque groupe d élèves dispose maintenant du même récipient rempli d eau, et de 2 verres différenciés par un trait de couleur : l un est plein d eau, l autre est plein...d air! On peut commencer par un retour sur ce qui a été vu à la séance précédente : plonger le verre vide à l envers et verticalement : l eau ne monte pas ou un tout petit peu ; l air est prisonnier au fond du verre, il ne peut en sortir que si l on incline le verre, sous forme de bulles. L enseignant fait la comparaison avec le verre plein d eau, que l on immerge complètement, puis que l on retourne sous l eau : il est plein d eau ; même si on l incline, il reste plein d eau. L objectif est alors d échanger le contenu des deux verres sans les sortir de l eau. Après 10 minutes de recherche, de la même façon, un élève par groupe vient proposer quelque chose, et l enseignant refait l expérience. 3. L AIR CHAUFFE SE DILATE (séance 4) Montrer que lorsqu on chauffe l air, il y a dilatation. Introduire les termes de dilatation et compression (ou contraction). un récipient une bouteille plastique un ballon de baudruche des pailles de l encre ou du colorant alimentaire des gobelets en plastique L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 5

6 Déroulement : Après avoir insisté sur le fait que la bouteille vidée de son liquide contient de l air, on proposera les expériences suivantes : 1 ère expérience : Elle est facile à réaliser ; on propose aux élèves d observer ce qui se passe quand on plonge une bouteille remplie d air dans un bac d eau chaude. Les prévisions données par les élèves peuvent être décrites par un dessin avant l expérience. Bouteille «remplie» d air Eau chaude + pour cette expérience, on peut placer les bouteilles (munies de leur ballon) dans un réfrigérateur avant le début de la séance pour refroidir l air. 2 ème expérience : L enseignant, dans un premier temps, montre aux élèves le montage suivant et leur demande de prévoir ce qui va se passer lorsque l on verse sur la bouteille de l eau chaude ou de l eau froide. Eau chaude ou eau froide paille Eau chaude : des bulles sortent dans le liquide coloré Bouteille vide Eau colorée Eau froide : le liquide coloré remonte dans la paille Dans un deuxième temps, chaque groupe peut la réaliser. Pour espérer observer quelque chose, il est indispensable de veiller à une parfaite étanchéité du système. Pour expliquer que l air prend plus de place quand il est chaud, on peut simuler avec des élèves placés dans un cercle délimité, les petites particules d air qui sont serrées quand la température diminue ou éloignées quand la température augmente. Ceci reste un jeu et il n a pas pour but d introduire le modèle particulaire d un gaz. + cette 2 ème expérience n est pas à réaliser en GS. L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 6

7 4. L AIR CHAUFFE MONTE (séance 5) Montrer que l air chauffé monte. un carillon des anges des bougies des allumettes Déroulement : Carillon des anges On lance le défi de faire tourner le carillon sans le toucher. Les élèves proposent d abord des solutions pour faire tourner le carillon. Par exemple : en faisant du vent avec les mains, en soufflant. Puis l enseignant allume les bougies, et le carillon se met à tourner tout seul... Pourquoi le carillon se met-il à tourner? Qu est-ce qui se passe quand on allume les bougies? Elles chauffent l air environnant. Et quand l air est chaud, que fait-il? Il prend plus de place (devient moins dense). De ce fait, il monte. Pour matérialiser ce phénomène, on peut demander aux élèves de réaliser une spirale en papier et de la suspendre avec un bout de ficelle au-dessus d une bougie ou d un radiateur chaud. Pour aller plus loin : Expliquer le vent (déplacement d air dû à des différences de pression. Ces déplacements se font dans le sens de zones de haute pression vers des zones de basse pression). Pour comprendre qu un gaz moins dense monte dans un gaz plus dense, on peut prendre l exemple d une goutte d huile qui se trouverait au fond d un récipient rempli d eau : la goutte d huile remonte vers la surface. 5. L AIR SERT A LA COMBUSTION (séance 6) Introduire le terme de combustion. Parler de l air, nécessaire pour faire brûler quelque chose. une bougie un bocal en verre L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 7

8 Déroulement : Lancer le défi aux élèves d éteindre une bougie sans souffler dessus et sans la toucher. Les élèves font alors des propositions puis passent à l expérience : il suffit de recouvrir la bougie d un bocal. La bougie s éteint. Après les propositions des élèves, donner une explication : la bougie a besoin d air pour pouvoir brûler. Elle a consommé une grande partie de l air contenu dans le bocal ce qui empêche la combustion de se poursuivre. Bocal en verre On peut terminer l expérience en utilisant des bocaux de tailles différentes et en relevant le temps d extinction de la flamme en fonction des volumes des bocaux. Pour aller plus loin : On pourra mettre en évidence le besoin d oxygène pour la combustion avec l expérience suivante : une allumette incandescente plongée dans un récipient rempli d oxygène. On peut introduire également la transformation de l oxygène en gaz carbonique avec de l eau de chaux. + cette séance n est pas à réaliser en GS et peut s avérer difficile pour un cycle 2 (à voir selon le niveau des élèves). 6. L AIR EXERCE UNE FORCE 6.1. La propulsion à l aide d un ballon de baudruche (séances 7, 8 et 9) Aborder le principe de réaction, et construire une petite voiture qui avance grâce à cela. un ballon de baudruche une boîte cartonnée de petite dimension (boîte d allumettes par exemple) du scotch 2 pailles 2 piques à brochettes 4 bouchons percés au centre Déroulement : 7 ème séance : cette séance permet d aborder le principe de réaction. 1) les élèves gonflent (remplissent d air) et lâchent les ballons de baudruche dans la classe. Les ballons partent dans toutes les directions. On demande alors aux élèves d expliquer le phénomène. Il est nécessaire de faire un dessin devant la classe pour mettre en évidence le déplacement du ballon par rapport à celui de l air. L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 8

9 2) On impose ensuite une seule direction de déplacement pour les ballons et on demande aux élèves d imaginer des solutions pour respecter cette contrainte. S il n y a pas de solutions envisagées, l enseignant peut proposer un modèle de déplacement le long d un fil comme le fait par exemple un téléphérique. Les élèves réalisent alors une course de ballons accrochés à des pailles. Fil tendu Paille fixée sur le ballon avec du ruban adhésif Arrivée Départ Ballon qui se dégonfle En fin de séance, la construction d une petite voiture est annoncée, et on peut déjà aborder les différents problèmes techniques qui se présentent (système d axes, fixation des roues, etc.). 8 ème et 9 ème séance : ce sont deux séances de technologie, consacrées à la réalisation d une voiture propulsée par l air et qui peuvent s organiser de la façon suivante : - soit on laisse une construction libre aux élèves puis on répertorie tous les problèmes techniques rencontrés en demandant aux élèves d apporter des solutions (la difficulté vient principalement de la fixation des roues et de la mise en place des axes. La fixation du ballon crée également des surprises au niveau du sens!) - soit la construction est dirigée à l aide d un protocole rédigé pour éviter trop de problèmes techniques. paille ballon paille bouchon tige de bois boite scotch bouchon de bouteille L air cycle 2 - doc Ecole des Mines de Nantes 9