3.1 L équilibre. Le pendule qui oscille et s arrête. 5 min. Défi : Matériel : Comment faire? Comment fabriquer un pendule?

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1 3.1 L équilibre Le pendule qui oscille et s arrête. 5 min. Défi : Comment fabriquer un pendule? Matériel : 1 fil à coudre de 30 cm quelques trombones Comment faire? Tu attaches quelques trombones en les nouant au bout du fil avec un double noeud. Tu tiens le bout libre du fil avec deux doigts et tu éleves les trombones avec deux doigts de l'autre main. Ensuite tu lâches les trombones... et tu joues au pendule.

2 J observe : Quand je lâche les trombones, ils se balancent fort, ensuite de moins en moins jusqu'à l'arrêt. Les trombones pendent au bout du fil et le tendent à la verticale. Explications : Il existe une force qui attire tous les objets vers le sol : c'est la pesanteur. Cette force détermine en fait le poids de l'objet qui tombe. Plus l'objet est lourd, plus il tombe vite. Le pendule, en oscillant, recherche une position d'équilibre et s'immobilise. Les trombones situés au bout du fil tendent celui-ci à la verticale (vers le bas). Le sais-tu? Le maçon utilise le fil à plomb pour vérifier la verticalité des murs. Ceci n est pas de la magie!

3 3.2 a L équilibre La pique qui reste en équilibre. 1 ère partie 10 min. Défi : Comment faire tenir une brochette en équilibre horizontal? Matériel : 1 pique à brochette 1 marqueur (pour indiquer le point d équilibre) 1 latte (pour mesurer) de la plasticine Conseil : Cherche deux façons de faire : 1 : sans plasticine 2 : avec de la plasticine Comment faire? 1 ère expérience: Tu cherches à maintenir la pique en équilibre sur ton doigt. Tu fais un trait avec le marqueur au point d équilibre. Avec la latte, tu mesures à quelle distance des extrémités se trouve ce point. 2 ème expérience : Tu essaies à présent de faire tenir la pique en équilibre mais par son extrémité. Il te faut l'aide d'un bout de plasticine. Tu dois chercher où placer le bout de plasticine et en quelle quantité pour que ta pique tienne en équilibe sur ton doigt. Tu fais plusieurs essais.

4 J observe : Dans la première expérience, le point d équilibre est au entre de la pique. Pour la deuxième, je constate que c'est à l extrémité de la pique la plus proche de mon doigt que je dois placer la plasticine. Explications : Dans la première expérience, l'équilibre est obtenu quand, de part et d'autre de ton doigt, il y a la même masse (nombre de grammes). C'est le point d'équilibre ou centre de gravité de la pique. Ce point se trouve au milieu de la pique. Dans la deuxième expérience, tu alourdis l une des deux extrémités de la pique pour rétablir l'équilibre et tu dois chercher son nouveau centre de gravité. Tu dois donc ajouter de la plasticine pour que la masse de la pique soit la même des deux côtés du doigt. Le sais-tu? Les anciennes balances (appelées balances romaines) fonctionnaient selon ce principe. Ceci n est pas de la magie!

5 3.2 b L équilibre La pique qui reste en équilibre. 2 ème partie 15 min. Défi : Comment faire tenir une pique en équilibre vertical sur le coin de la table? Matériel : 1 pique à brochette du fil métallique de la plasticine Comment faire? Tu enroules le bout du fil métallique à l'extrémité de la pique et tu laisses prendre le reste en dehors de la table. Au bout du fil métallique libre, tu accroches une boule de plasticine qui pend dans le vide. Tu ajustes la quantité de plasticine et sa position sous la table jusqu'à ce que la pique à brochette reste verticale sur le bord de la table.

6 J'observe : Le poids de la plasticine redresse la brochette. Explications : Plus le centre de gravité de l objet est bas, plus il sera en équilibre car il est attiré par une force, la pesanteur. L astuce, ici, c est d abaisser le centre de gravité en ajoutant une masse (la plasticine) le plus bas possible. Son centre d'équilibre (centre de gravité) est en dehors de la table, seul endroit possible le plus bas vers le sol. Le sais-tu? Les grandes grues que tu vois sur les chantiers sont équipées de contre-poids pour garder leur stabilité lors de la manutention de lourdes charges. Ceci n est pas de la magie!

7 3.3 L équilibre Le clown qui fait le poirier. 30 min. Défi : Comment faire tenir un clown " en poirier " sur son noeud papillon? Matériel : 1 photocopie des deux faces du clown sur papier bristol 1 paire de ciseaux des marqueurs ou crayons de couleur quelques trombones 1 tube de colle blanche Comment faire? Tu colories les deux faces du clown en lui mettant son plus bel habit de couleur. Tu les découpes et tu les colles. Tu essaies de faire tenir ton clown en équilibre sur ton index en le posant sur son noeud papillon. Comme il tombe aussitôt, tu dois améliorer son équilibre en plaçant des trombones sur chacune de ses mains pour le lester. Tu le mets à nouveau en poirier sur ton doigt. Plus il y a de trombones (donc plus lourds) placés au plus bas, plus le clown est stable. Pour faire tenir ton clown bien droit, tu dois mettre le même nombre de trombones de chaque côté.

8 J observe : Quand il est lesté avec des trombones, je peux le faire tenir en équilibre sur mon doigt, sous le noeud papillon. Je peux même le faire balancer, il ne tombe pas! Explications : Le centre de gravité (centre d'équilibre) est situé dans le ventre du clown. Plus le centre degravité est bas, plus le corps est stable. Quand tu places les trombones sur les deux mains du clown, en position verticale, tu abaisses son centre de gravité. La masse du clown est également répartie de part et d'autre de ton doigt et il reste en équilibre même si tu le balances de gauche à droite. Le sais-tu? Les funambules qui se tiennent en équilibre sur un fil au-dessus du sol, écartent les bras ou tiennent une perche dans les mains pour ne pas tomber. Ceci n est pas de la magie!

9 3.4 L équilibre Le perroquet qui se balance. 30 min. Défi : Comment faire tenir le perroquet sur le bout de ton doigt? Matériel : 1 photocopie des 2 faces du perroquet sur papier bristol des marqueurs ou crayons de couleur 1 paire de ciseaux 1 trombone 1 tube de colle blanche Comment faire? Tu colories les deux faces de ton perroquet de ses plus belles couleurs et tu les découpes soigneusement. Tu colles les deux faces l'une contre l'autre. Tu essaies de faire tenir le perroquet en équilibre sur le bout de ton doigt. Comme il ne tient pas bien, cherche le moyen de le lester avec un trombone. Tu cherches l endroit de la queue qui permet la meilleure stabilité de ton perroquet.

10 J observe : Dès que mon perroquet est lesté, il tient en équilibre et peut même se balancer sur le bout de mon doigt quand je le touche. Explications : En ajoutant un trombone sur la queue de ton perroquet, tu l alourdis et tu abaisses son centre de gravité. Le centre de gravité (centre d'équilibre), d un objet ou d une personne, doit se situer le plus bas possible pour avoir la meilleure stabilité. Le sais-tu? Les voitures de course sont très basses et près du sol pour éviter les dérapages, ainsi elles " collent " mieux à la route. Pour charger une voiture, il faut bien répartir les valises dans le coffre pour avoir une meilleure stabilité lorsqu'elle roule. Un porte-bagages trop chargé, sur le toit de la voiture, diminue sa stabilité et risque de lui faire perdre l équilibre dans un tournant. Ceci n est pas de la magie!

11 3.5 L équilibre La boîte qui tient dans le vide. 30 min. Défi : Comment faire tenir une boîte en équilibre sur le bord de la table? Matériel : 2 feuilles de papier 1 plan de pliage 4 rondelles en métal Comment faire? 1 ère expérience : Tu suis les instructions de pliage et tu obtiens une belle boîte rectangulaire. Tu poses le bord de la boîte (en largeur) sur le bord de la table et tu la pousses petit à petit vers le vide. A un moment, elle tombe. Tu notes l'endroit où elle bascule en traçant une fine ligne sur ta boîte. 2 ème expérience : Tu fais une seconde boîte et tu y places quatre rondelles, à l'intérieur vers un bord. Tu places ta boîte lestée comme précédemment sur le bord de la table et tu la pousses doucement vers le vide.

12 J observe : Je constate que la boîte lestée dépasse l autre boîte, elle a une plus grande surface dans le vide que l autre et cela sans tomber! Explications : Tout objet possède un point particulier qui est le centre d'équilibre (le centre de gravité). Pour qu'il y ait équilibre, le poids de l'objet doit être également réparti de part et d'autre du centre de gravité. La ligne tracée dans la boîte sans rondelle se trouve au milieu de celle-ci. Dans le cas de la boîte lestée, les rondelles ont déplacé le centre de gravité vers le bord où elles sont placées. Ainsi, la partie dans le vide est plus grande que dans l autre boîte. Le centre de gravité n est plus au milieu de la boîte. Le sais-tu? L'art du pliage du papier est une spécialité japonaise qui s appele l'origami. Ceci n est pas de la magie!

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