Structures et mécanismes

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1 Structurs t mécanisms

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3 Bloc 1 : L rndmnt, c st important Duré : 3 hurs Princips scintifiqus Ls princips scintifiqus s adrssnt aux nsignants t aux nsignants. Il xist six machins simpls, soit l lvir, la pouli, la rou t l ssiu, la vis, l coin t l plan incliné. Un machin prmt d transmttr un forc pour facilitr l xécution d un travail. On utilis généralmnt un machin qui nous aid à déployr un forc infériur à cll nécssair au soulèvmnt d un charg. L gain mécaniqu st un rapport qui nous indiqu l nombr d fois qu la machin multipli ou démultipli la forc appliqué. Par xmpl, pour cassr un noistt, on doit appliqur un forc d 20 N. On appliqu un forc d 5 N à l ntré du cass-noistt (lvir). L gain mécaniqu d ctt machin sra d 4. La machin a donc multiplié la forc par 4. gain mécaniqu = forc produit/forc fourni = 20 N/5 N = 4 L rndmnt mécaniqu st l rapport ntr l énrgi fourni à la machin t l énrgi produit par la machin. L rndmnt mécaniqu st xprimé n pourcntag (p. x., 80 % d rndmnt). Voici la formul : Pour lvr un piano à l aid d un systèm à quatr poulis, la machin doit générr 500 J d énrgi. On fournit 580 J d énrgi à la machin pour lvr l piano. Structurs t mécanisms Bloc 1 141

4 Cart sémantiqu du domain Vous trouvrz la cart sémantiqu n format Smart Idas ainsi qu n format pdf dans l cd qui accompagn c modul. Aprçu du bloc Dans c bloc d nsignmnt, l élèv s familiaris avc ls concpts d gain mécaniqu t d rndmnt mécaniqu. Ell ou il apprnd qu la friction t la prt d chalur sont ds élémnts clés au rndmnt mécaniqu. Ell ou il appliqu cs notions à un situation tchnologiqu. Vocabulair du bloc un machin simpl la forc la forc appliqué la rou la vitss l rndmnt mécaniqu l ssiu l ntré énrgi fourni l lvir la sorti énrgi produit la pouli l gain mécaniqu énrgi scondair l plan incliné multiplir Jouls la vis démultiplir la friction l coin un roulmnt à bills l frottmnt lubrifir 142 Scincs t tchnologi, 8 anné

5 Natur d la difficulté ds notions présntés Ls élèvs ont d la difficulté à fair la différnc ntr l gain mécaniqu t l rndmnt mécaniqu. Il faudra s assurr d bin fair la distinction ntr ls dux. Stratégis pour dévloppr ds habiltés liés à la littérati t à la numérati concvoir un lxiqu scintifiqu; affichr l vocabulair du bloc sur la cart sémantiqu; utilisr ds mots clés pour fair ds rchrchs; utilisr ds moturs d rchrch t navigaturs Wb; visionnr un vidéo d TFO sur ls machins simpls; prndr t nrgistrr ds msurs avc la précision qui s impos; calculr (p. x., l gain mécaniqu); fair la collct d donnés; organisr t intrprétr ds donnés (à la suit ds xpérincs avc ls machins simpls); utilisr l ordinatur pour fair ds diagramms; soumttr ds hypothèss sous form vrbal ou écrit; présntr ss rchrchs t ss découvrts; construir suivant la form tridimnsionnll (3D) présntr oralmnt ou par écrit l produit fini à la suit d la résolution d problèm. Nots d planification S assurr d avoir l matéril nécssair. Ls élèvs ont bsoin d un rliur à annaux ou d un couvrtur d présntation avc rliur à attachs (Duo-Tang) pour insérr ls annxs ainsi qu un cahir à rliur contnant ds fuills lignés pour lur journal scintifiqu. Photocopir ls annxs 1 à 8 n quantité suffisant. Photocopir l référntil n quantité suffisant. Résrvr la sall d ordinaturs. Préparr l matéril nécssair aux stations. Dmandr à qulqus élèvs d apportr ds patins à rous alignés. Not : Vous trouvrz, à la fin d chaqu bloc, ls ncadrés ds définitions ds notions présntés dans l bloc. Clls-ci puvnt srvir d nots pour l élèv. Matéril Pour l group-class cass-noistt noistt pinc morcau d tuyau n cuivr patins à rous alignés Structurs t mécanisms Bloc 1 143

6 Pour chaqu équip d dux Post 1 nsmbl d construction LEGO ou autr Post 2 dynamomètr nsmbl d poulis cord charg Post 3 dynamomètr planch boît cord charg rapportur Post 4 dynamomètr nsmbl d construction LEGO ou autr cord charg Pour chaqu élèv matériaux rcyclés Médias élctroniqus L roulmnt à bills Rndmnt d bicycltts nlvr Annxs Annx 1A : Ls machins simpls Annx 1B : Ls machins simpls Corrigé Annx 2 : Post 1 : L gain t ls ngrnags Annx 3 : Post 2 : L gain t ls poulis Annx 4 : Post 3 : L gain t l plan incliné Annx 5 : Post 4 : L gain t ls lvirs Annx 6A : Put-on augmntr l rndmnt? Annx 6B : Put-on augmntr l rndmnt? Corrigé 144 Scincs t tchnologi, 8 anné

7 Annx 7 : Haut hiss... Annx 8 : Qul tst? Rssourcs GALBRAITH, Don, t al. Omniscincs 8, Montréal, Ls éditions d la Chnlièr, 2000, p GIBB, Td, t al. Scincs t Tchnologi 8, Laval, Ls éditions Bauchmin, 2000, p Tchnoscinc 8 anné guid pédagogiqu, Vanir, Cntr franco-ontarin d rssourcs pédagogiqus, 2001, p Déroulmnt du bloc Mis n situation : 10 minuts Décrir xplicitmnt l déroulmnt du bloc t c qu ls élèvs apprndront. Posr la qustion suivant : Qui put m nommr un machin simpl? Formr ds équips d trois t xpliqur aux élèvs qu lls t ils doivnt trouvr l nom ds six machins simpls. Lur laissr l tmps d discutr t d trouvr ls machins simpls. Fair un rtour n s assurant qu ls élèvs comprnnnt qu il y a six machins simpls, soit l lvir, la pouli, la rou t l ssiu, la vis, l coin t l plan incliné. Dmandr aux élèvs d écrir l nom ds machins simpls t d fair un dssin à côté d chaqu nom dans lur journal scintifiqu. Expérimntation : 110 minuts Machins simpls Rmttr l annx 1A aux élèvs. Fair la lctur d la consign n posant aux élèvs ds qustions tlls qu : Pouvz-vous xpliqur c qu vous avz compris d la consign? Qulqu un put-il nommr ls six machins simpls? Modlag Avant qu ls élèvs commncnt l travail, modélisr l plan d qustionnmnt avc lls t ux. Structurs t mécanisms Bloc 1 145

8 Qu st-c qu on m dmand d fair? On m dmand d trouvr ds machins simpls à l intériur d machins complxs. Qu st-c qui m aid à fair la tâch? D connaîtr ls six machins simpls. Commnt j m y prnds? J rgard l illustration t j ssai d y trouvr un machin simpl. Si j n n vois pas, j pns à c qui pourrait y avoir à l intériur d la machin. Suis-j crtain ou crtain d ma répons? Y a-t-il d autrs solutions possibls? J vérifi ma répons t j rlis ls définitions, au bsoin. Pratiqu guidé Lur laissr l tmps d fair l xrcic n équip d dux. Formr ds équips d quatr t dmandr aux élèvs d vérifir lurs réponss. Fair la corrction avc ls élèvs n s inspirant d l annx 1B pour s assurr qu lls t ils n rtinnnt pas ds connaissancs rronés. Écrir, au tablau, la phras suivant : Ls machins nous facilitnt l travail n augmntant la ou n augmntant la. Posr la qustion suivant : Quls mots manqunt dans la phras? Orintr ls élèvs vrs ls mots forc t vitss. Fair un analogi avc la bicycltt (il y a ds combinaisons d ngrnags pour la vitss t ds combinaisons d ngrnags pour la forc). Placr machins simpls sur la grand cart sémantiqu. L gain mécaniqu Prndr un noistt t dmandr à un ou à un élèv d la cassr avc ss mains. Not : Si vous n pouvz pas cassr un noistt dans votr class à caus d allrgi, utilisz un morcau d tuyau n cuivr t un pair d pinc. Posr la qustion suivant : Pourquoi la noistt n st-ll pas cassé? (parc qu l élèv n a pas appliqué un forc assz grand) Dmandr au mêm élèv ou à la mêm élèv d cassr la noistt avc un cass-noistt. 146 Scincs t tchnologi, 8 anné

9 Posr ls qustions suivants : Pourquoi la noistt s st-ll cassé avc l cass-noistt? (L cass-noistt a amplifié la forc d la main.) D qull machin simpl st composé l cass-noistt? (l lvir) La forc à l ntré d la machin simpl st-ll plus grand qu la forc à la sorti? Expliqu. Écrir, au tablau, ou projtr, à l écran, la définition d gain mécaniqu. L gain mécaniqu st un rapport qui indiqu l nombr d fois qu la machin multipli ou démultipli la forc appliqué. Par xmpl, pour cassr un noistt, on doit appliqur un forc d 20 N. On appliqu un forc d 5 N à l ntré du cass-noistt (lvir). L gain mécaniqu d ctt machin sra d 4. La machin a donc multiplié la forc par 4. Gain mécaniqu = forc produit/forc fourni = 20 N/5 N = 4 Distribur l ncadré pour qu lls t ils l collnt dans lur journal scintifiqu. Lir avc ls élèvs t lur dmandr d surlignr ls mots importants. Donnr ds xmpls d calcul du gain mécaniqu ds ngrnags, ds lvirs, du plan incliné t ds poulis. Voici la façon d calculr l gain mécaniqu d un systèm d ngrnags : Lorsqu on appliqu la forc sur la ptit rou dnté à 8 dnts, cll-ci dvint la rou mnant ou la rou d ntré. Lorsqu on transfrt la forc à la grand rou dnté à 48 dnts, cll-ci dvint la rou mné ou la rou d sorti. Structurs t mécanisms Bloc 1 147

10 L gain mécaniqu d c systèm st : La machin déploi six fois plus d forc à la sorti qu à l ntré, la forc a donc été amplifié d 6 fois. Lorsqu l systèm comport ds combinaisons comm dans l dssin ci-dssus, il faut calculr l gain mécaniqu d chaqu combinaison t ls multiplir. La prmièr combinaison ayant un gain mécaniqu d 6 t la scond combinaison ayant un gain mécaniqu d 6, l gain mécaniqu du systèm st alors d 36 (6 X 6). Préparr ls quatr posts d travail. Rmttr ls annxs 2 à 5 aux élèvs t formr ds équips d dux. Si la class comprnd plusiurs élèvs, il sra nécssair d avoir plusiurs équips d dux qui travaillnt à un mêm post. Il faudra prévoir la quantité d matéril n conséqunc. Rappl d sécurité Prévoir un spac suffisammnt grand résrvé à chaqu élèv pour lui prmttr d fair ss xpérincs avc aisanc. Expliqur t montrr la march à suivr dans l utilisation du matéril t d l équipmnt afin qu l élèv connaiss xactmnt la façon d l utilisr. N jamais s tnir sous la charg t s assurr d n avoir aucun parti du corps sous la charg lorsqu il y a utilisation d masss, d chargs. Lir la march à suivr ds annxs 2 à 5 avc ls élèvs n lur posant ds qustions tlls qu : Qu st-c qu l gain mécaniqu? Commnt calcul-t-on l gain mécaniqu? 148 Scincs t tchnologi, 8 anné

11 Fair ds démonstrations, au bsoin. Modlag Répondr avc ls élèvs au plan d qustionnmnt avant d commncr la tâch. Expliqur l fonctionnmnt d chaqu post d travail (ls élèvs passront 15 minuts par post). Pratiqu guidé Expliqur aux élèvs qu l xpérimntation s fait n équip d dux t qu l on répond aux qustions d analys individullmnt au départ t n équip d dux par la suit. S assurr qu ls élèvs comprnnnt la march à suivr d chaqu post d travail. Invitr ls élèvs à fair l travail ds annxs 2 à 5. Lur laissr l tmps d fair ls xpérincs t d répondr aux qustions. Circulr dans la class pour s assurr d la sécurité ds élèvs t d la bonn utilisation du matéril scintifiqu. Répondr aux qustions ds élèvs, s il y a liu. Prndr qulqus nots dans l dossir ancdotiqu d l élèv afin d évalur la compétnc Application ds habiltés prscrits n rchrch scintifiqu t n concption. Animr un discussion portant sur ls résultats ds quatr xpérincs. Ls écrir au tablau. En résumé : Annx 2 : lin ntr l gain mécaniqu t la vitss ds ngrnags Lorsqu ls rous dntés transfèrnt la vitss, la rou d sorti tourn vit, mais l systèm n amplifi pas la forc. (On gagn n vitss, mais on prd n forc.) Lorsqu ls rous dntés transfèrnt t amplifint la forc, l systèm diminu n vitss. (On gagn n forc, mais on prd n vitss.) Annx 3 : lin ntr l gain mécaniqu t la quantité d cord à tirr Plus l systèm d poulis procur un gain mécaniqu élvé, plus la distanc st grand : c st-àdir qu la cord st tiré sur un plus grand distanc qu cll du déplacmnt d la charg. (Tout c qu on gagn n forc, on l prd n vitss.) Annx 4 : lin ntr l gain mécaniqu t la longuur (la hautur ou l angl) du plan incliné Plus l plan incliné st long, plus l gain mécaniqu sra grand. Cpndant, la distanc d déplacmnt d l objt sra aussi plus grand. Annx 5 : lin ntr l gain mécaniqu t la distanc ntr l point d appui t l ndroit où st appliqué la forc Plus l bras d lvir st long, plus l gain mécaniqu sra grand. Cpndant, la distanc d déplacmnt d l objt sra aussi plus grand. Structurs t mécanisms Bloc 1 149

12 Rvoir avc ls élèvs ls définitions ds mots gain mécaniqu, forc t vitss. Placr gain mécaniqu, forc t vitss sur la grand cart sémantiqu. L rndmnt mécaniqu Posr ls qustions suivants : Qu vut dir l mot rndmnt? Commnt fait-on pour comparr son rndmnt scolair avc clui ds autrs élèvs? Animr un discussion. Expliqur aux élèvs qu l on compar l rndmnt mécaniqu ds machins. Écrir, au tablau, ou projtr, à l écran, la définition du rndmnt mécaniqu. Expliqur la formul d l ncadré. L rndmnt mécaniqu st l rapport ntr l énrgi fourni à la machin t l énrgi produit par la machin. L rndmnt mécaniqu st xprimé n pourcntag (p. x., 80 % d rndmnt). Voici la formul : rndmnt Pour lvr un piano à l aid d un systèm à quatr poulis, la machin doit générr 500 J d énrgi. On fournit 580 J d énrgi à la machin pour lvr l piano. Posr la qustion suivant : Pourquoi ls machins n ont-lls pas un rndmnt d 100 %? Expliqur aux élèvs qu, idéalmnt, ls machins auraint un rndmnt mécaniqu d 100 %, mais n pratiqu, principalmnt à caus d la friction t d la prt d chalur, l rndmnt n st jamais d 100 %. Distribur l ncadré. Lir avc ls élèvs t lur dmandr d l collr dans lur journal scintifiqu. Rmttr l annx 6A aux élèvs. 150 Scincs t tchnologi, 8 anné

13 Fair la lctur ds consigns n posant aux élèvs ds qustions tlls qu : Qull st la différnc ntr l gain mécaniqu t l rndmnt mécaniqu? Qu st-c qu l énrgi scondair? Modlag Modélisr avc ls élèvs la façon d fair l xrcic à l aid du plan d qustionnmnt. Pratiqu guidé Donnr aux élèvs l tmps d fair l activité n équip d dux. (Ls élèvs puvnt rvisitr ls posts d travail, au bsoin.) Fair avc ls élèvs la corrction du travail n s inspirant d l annx 6B n s assurant qu lls t ils comprnnnt l ndroit où il y a prt d énrgi dans ls différnts machins t qu la friction st un élémnt important à contrôlr pour augmntr l rndmnt ds machins. Rvoir ls mots rndmnt mécaniqu, énrgi t friction t ls placr sur la grand cart sémantiqu. Présntr dux pairs d patins à rous alignés. Posr ls qustions suivants : Qul patin a l millur rndmnt mécaniqu? Qul tst pourrait-on fair pour l détrminr? Animr un discussion. Pratiqu autonom Expliqur aux élèvs qu lls t ils liront un txt sur l roulmnt à bills dans Intrnt. Écrir, au tablau, l adrss t ls qustions suivants : Qu st-c qu un roulmnt à bills? Qull st sa fonction? Qu vut dir ABEC? Dmandr aux élèvs d lir l txt sur l roulmnt à bills t d prndr ds nots dans lur journal scintifiqu. Donnr aux élèvs l tmps d fair individullmnt l activité. Fair un rtour sur l activité. Écrir, au tablau, ou projtr, à l écran, l txt suivant : Structurs t mécanisms Bloc 1 151

14 Il y a plusiurs façons d réduir l frottmnt nuisibl aux machins : polir ls surfacs; avoir rcours à ds matériaux qui causnt pu d frottmnt; lubrifir ls surfacs avc d l huil, d la graiss ou du silicon; avoir rcours au roulmnt à bills. Distribur l ncadré. Dmandr aux élèvs d l collr dans lur journal scintifiqu. Lir avc lls t ux t lur dmandr d surlignr ls mots importants. Objctivation : 10 minuts Dmandr aux élèvs d écrir, dans lur journal scintifiqu, c qui st important d rtnir d lur apprntissag. Fair un rvu à l aid d la grand cart sémantiqu. Réinvstissmnt : 35 minuts Pratiqu autonom Présntr aux élèvs l défi d l annx 7. Rappl d sécurité Prévoir un spac suffisammnt grand résrvé à chaqu élèv pour lui prmttr d fair ss xpérincs avc aisanc. S assurr qu il y a un suprvision adéquat pndant l utilisation d objts pointus tls qu ds cisaux, un coutau à lam rétractabl, ds aiguills ou ds punaiss. Exigr l port d luntts protctrics t d gants n tout tmps où il y a manipulation d outils (cisaux, sci, pinc, prcus, tc.). Prévoir un spac suffisammnt grand à la station d coll chaud t s assurr d un utilisation t suprvision adéquats. Ls élèvs travaillront individullmnt. Fair la lctur du défi avc ls élèvs. Répondr avc ls élèvs au plan d qustionnmnt avant d commncr la tâch. Lur laissr l tmps d fabriqur la ramp. 152 Scincs t tchnologi, 8 anné

15 Dir aux élèvs qu lls t ils mttront à l épruv l plan incliné qu lls t ils vinnnt d construir. Distribur l annx 8. Lir avc ux ls consigns. Allour du tmps aux élèvs pour qu lls t ils puissnt tstr lur plan incliné. Un fois l épruv trminé, fair un mis n commun pour vérifir l plan incliné qui a obtnu l millur rndmnt mécaniqu. Obsrvr c plan incliné avc ls élèvs. Posr la qustion suivant : Pourquoi c plan incliné a-t-il l millur rndmnt? (Il caus moins d friction.) Évaluation formativ : 15 minuts Écrir, au tablau, ls phrass suivants : Expliqu la différnc ntr l gain mécaniqu t l rndmnt mécaniqu. Srs-toi d l xmpl d un bicycltt pour ts xplications. Expliqu ds façons d augmntr l rndmnt d un bicycltt. Dmandr aux élèvs d répondr dans lur journal scintifiqu. Modélisr la façon d fair l xrcic avc ls élèvs n utilisant l plan d qustionnmnt. Lur laissr l tmps d fair individullmnt l travail. Ramassr ls journaux scintifiqus pour vérifir la compréhnsion ds élèvs t lur fair ds commntairs. Not : Ls élèvs puvnt trouvr d l information sur l rndmnt ds bicycltts au Structurs t mécanisms Bloc 1 153

16 Annx 1A Ls machins simpls Trouv ds machins simpls dans ls objts suivants. 154 Scincs t tchnologi, 8 anné

17 Annx 1b Ls machins simpls Corrigé Trouv ds machins simpls dans ls objts suivants. poulis, lvir (bras d la gru) rou t ssiu (ngrnag), lvir (manivll) rou t ssiu (poigné t crémaillèr), vis t lvir rou t ssiu, lvir (mantt d frin, pédalir), vis lvir t vis lvir, rou t ssiu, coin (lams) Structurs t mécanisms Bloc 1 155

18 rou t ssiu, coin (lams) rou t ssiu (poigné), lvir rou t ssiu (ngrnags), vis t lvir lvir t coin (lam) 156 Scincs t tchnologi, 8 anné

19 Annx 2 Post 1 L gain t ls ngrnags But Découvrir la façon dont ls ngrnags amplifint la forc. Hypothès On postul qu Matéril nsmbl d construction LEGO ou autr March à suivr 1. Construir l montag A suivant : Montag A1 2. Dmandr à l autr mmbr d l équip d tournr la manivll t d ssayr d arrêtr l mouvmnt d la rou dnté d sorti. Notr ls obsrvations. 3. Placr la manivll sur la grand rou comm dans l dssin suivant : Montag A2 Structurs t mécanisms Bloc 1 157

20 4. Dmandr à l autr mmbr d l équip d tournr la manivll t d ssayr d arrêtr l mouvmnt d la rou dnté d sorti. Notr ls obsrvations. 5. Construir l montag B suivant : Montag B1 6. Tournr la manivll t dmandr à l autr mmbr d l équip d arrêtr l mouvmnt d la rou dnté d sorti. Notr ls obsrvations. 7. Placr la manivll sur la grand rou comm dans l dssin suivant : Montag B2 8. Dmandr à l autr mmbr d l équip d tournr la manivll t d ssayr d arrêtr l mouvmnt d la rou dnté d sorti. Notr ls obsrvations. 9. Calculr l gain mécaniqu du montag A t du montag B. 158 Scincs t tchnologi, 8 anné

21 Tablau ds obsrvations Montag A1 Obsrvations A2 B1 B2 Analys 1. Dssin un autr systèm ayant ncor plus d gain mécaniqu? Structurs t mécanisms Bloc 1 159

22 2. Y a-t-il un lin ntr l gain mécaniqu t la vitss ds ngrnags? Si oui, lqul? 160 Scincs t tchnologi, 8 anné

23 Annx 3 Post 2 L gain t ls poulis But Découvrir la façon dont ls poulis amplifint la forc. Hypothès On postul qu Matéril dynamomètr nsmbl d poulis cord charg March à suivr 1. Msurr la mass d la charg à l aid d un dynamomètr. Notr dans l Tablau ds obsrvations. 2. Calculr l poids d la charg. Notr dans l Tablau ds obsrvations. 3. Construir l montag d un pouli simpl fix slon l modèl suivant : Sourc : Tchnoscinc 8 anné Matièr t matériaux, Ottawa, CFORP, 2001, p Soulvr la charg n tirant lntmnt sur l dynamomètr. 5. Fair la lctur d la forc nécssair pour lvr la charg. 6. Écrir ls donnés dans l Tablau ds obsrvations t calculr l gain mécaniqu. Structurs t mécanisms Bloc 1 161

24 7. Rprndr ls étaps 1, 2, 4 t 5 pour l montag du palan suivant : Sourc : Tchnoscinc 8 anné Matièr t matériaux, Ottawa, CFORP, 2001, p. 59. Tablau ds obsrvations Mass d la charg n kg Poids d la charg (mass 9,8) Forc pour soulvr la charg (ffort) Gain mécaniqu (poids d la charg/ffort) Pouli simpl fix Palan Analys 1. Qul systèm a l plus grand gain mécaniqu? Qu st-c qui t prmt d l savoir? 162 Scincs t tchnologi, 8 anné

25 2. Y a-t-il un lin ntr l gain mécaniqu t la quantité d cord à tirr? Si oui, lqul? 3. Où trouvs-tu ds poulis dans ton quotidin? Structurs t mécanisms Bloc 1 163

26 Annx 4 Post 3 L gain t l plan incliné But Découvrir la façon dont l plan incliné amplifi la forc. Hypothès On postul qu Matéril dynamomètr planch boît cord charg rapportur March à suivr 1. Msurr la mass d la charg à l aid d un dynamomètr. Notr dans l Tablau ds obsrvations. 2. Calculr l poids d la charg. Notr dans l Tablau ds obsrvations. 3. Construir l montag du plan incliné slon l modèl suivant : 4. Placr l plan à un angl d 30 dgrés. 5. Tirr la charg à l aid du dynamomètr jusqu au haut du plan incliné. 6. Notr la forc rquis pour soulvr la charg dans l Tablau ds obsrvations. 7. Calculr l gain mécaniqu. 8. Rprndr ls étaps 2, 3 t 5 n ayant un angl d 15 dgrés t d 45 dgrés. 164 Scincs t tchnologi, 8 anné

27 Tablau ds obsrvations Angl Mass d la charg n kg Poids d la charg (mass 9,8) Forc pour soulvr la charg (ffort) Gain mécaniqu (poids d la charg/ffort) 30 dgrés 15 dgrés 45 dgrés Analys 1. À qul angl l gain mécaniqu st-il l plus grand t pourquoi? 2. Y a-t-il un lin ntr l gain mécaniqu t la longuur du plan incliné? Si oui, lqul? 3. Où trouvs-tu ds plans inclinés dans ton quotidin? Structurs t mécanisms Bloc 1 165

28 Annx 5 Post 4 L gain t ls lvirs But Découvrir la façon dont ls lvirs amplifint la forc. Hypothès On postul qu Matéril dynamomètr nsmbl d construction LEGO ou autr cord charg March à suivr 1. Construir l modèl suivant : 2. Placr l point d appui au troisièm trou à partir d la charg. 3. Msurr la mass d la charg à l aid d un dynamomètr. Notr dans l Tablau ds obsrvations. 4. Calculr l poids d la charg. Notr dans l Tablau ds obsrvations. 5. Placr un dynamomètr à l xtrémité du lvir t msurr la forc nécssair pour soulvr la charg. Notr dans l Tablau ds obsrvations. 6. Calculr l gain mécaniqu. Notr dans l Tablau ds obsrvations. 166 Scincs t tchnologi, 8 anné

29 7. Placr l point d appui au 12 trou à partir d la charg. 8. Rprndr ls étaps 5 t Placr l point d appui au 6 trou à partir d la charg. 10. Rprndr ls étaps 5 t 6. Tablau ds obsrvations Position du Mass d la point charg n kg d appui 3 trou Poids d la charg (mass 9,8) Forc pour soulvr la charg (ffort) Gain mécaniqu (poids d la charg/ffort) 12 trou 6 trou Analys 1. À qull position du point d appui l gain mécaniqu st-il l plus grand t pourquoi? Structurs t mécanisms Bloc 1 167

30 2. Y a-t-il un lin ntr l gain mécaniqu t la distanc où tu dois appliqur la forc pour lvr la charg? Si oui, lqul? 3. Où rtrouvs-tu ds lvirs dans ton quotidin? 168 Scincs t tchnologi, 8 anné

31 Annx 6a Put-on augmntr l rndmnt? Tu as appris qu, pour augmntr l rndmnt mécaniqu d un machin, il fallait réduir la friction t réduir la prt d énrgi scondair, tll la chalur. À toi d réfléchir sur l rndmnt d crtains machins. 1. Commnt pourrais-tu augmntr l rndmnt mécaniqu ds mécanisms ds annxs 2 à 5? Engrnag : Pouli : Plan incliné : Lvir : Structurs t mécanisms Bloc 1 169

32 2. Commnt pourrais-tu augmntr l rndmnt mécaniqu d ta bicycltt? Expliqu. 170 Scincs t tchnologi, 8 anné

33 Annx 6b Put-on augmntr l rndmnt? Corrigé Tu as appris qu, pour augmntr l rndmnt mécaniqu d un machin, il fallait réduir la friction t réduir la prt d énrgi scondair, tll la chalur. À toi d réfléchir sur l rndmnt d crtains machins. 1. Commnt pourrais-tu augmntr l rndmnt mécaniqu ds mécanisms ds annxs 2 à 5? Engrnag : n diminuant l frottmnt ntr ls ngrnags, n diminuant l frottmnt d l ssiu sur la structur. Pouli : n diminuant l frottmnt ntr la cord t la pouli. Plan incliné : n diminuant l frottmnt ntr la charg t la surfac du plan incliné. Lvir : n diminuant l frottmnt ntr l bras d lvir t l point d appui. 2. Commnt pourrais-tu augmntr l rndmnt mécaniqu d ta bicycltt? Expliqu. Élémnts d répons lubrifir la chaîn graissr ls partis mobils ajustr l déraillur s assurr qu ls bands ds frins n touchnt pas à la jant éliminr touts sorts d frictions pouvant êtr présnts. Structurs t mécanisms Bloc 1 171

34 Annx 7 Haut hiss... Défi Tu dois concvoir t construir un ramp pour sortir ls bataux d l au. Ta ramp doit msurr 60 cm sur 15 cm t suivr un angl d 40 dgrés. Ell doit êtr la plus fficac possibl, c st-à-dir offrir l millur rndmnt mécaniqu possibl. Matéril matériaux rcyclés 172 Scincs t tchnologi, 8 anné

35 Annx 8 Qul tst? Matéril batau jout ou autr charg cord dynamomètr March à suivr 1. Fixr un cord au batau jout t l autr xtrémité à un dynamomètr. 2. Placr l batau au bas du plan incliné à la lign d départ. 3. Tirr l batau à vitss constant, à l aid du dynamomètr, vrs l haut du plan incliné t fair la lctur du dynamomètr. Structurs t mécanisms Bloc 1 173

36 Référntil L gain mécaniqu st un rapport qui indiqu l nombr d fois qu la machin multipli ou démultipli la forc appliqué. Par xmpl, pour cassr un noistt, on doit appliqur un forc d 20 N. On appliqu un forc d 5 N à l ntré du cass-noistt (lvir). L gain mécaniqu d ctt machin sra d 4. La machin a donc multiplié la forc par 4. Gain mécaniqu = forc produit/forc fourni = 20 N/5 N = 4 L rndmnt mécaniqu st l rapport ntr l énrgi fourni à la machin t l énrgi produit par la machin. L rndmnt mécaniqu st xprimé n pourcntag (p. x., 80 % d rndmnt). Voici la formul : Pour lvr un piano à l aid d un systèm à quatr poulis, la machin doit générr 500 J d énrgi. On fournit 580 J d énrgi à la machin pour lvr l piano. Il y a plusiurs façons d réduir l frottmnt nuisibl aux machins : polir ls surfacs; avoir rcours à ds matériaux qui causnt pu d frottmnt; lubrifir ls surfacs avc d l huil, d la graiss ou du silicon; avoir rcours au roulmnt à bills. 174 Scincs t tchnologi, 8 anné

37 Bloc 2 : L princip d Pascal Duré : 3 hurs Princips scintifiqus Ls princips scintifiqus s adrssnt aux nsignants t aux nsignants. Prssion : On appll prssion la forc d poussé qu xrc prpndiculairmnt un corps sur chaqu unité d air avc lqul il st n contact. La prssion s xprim slon un rapport ntr un forc t la surfac (air) sur laqull ll agit. Son unité st l kpa. (kilopascal) p = F/a Princip d Pascal La prssion xrcé sur un liquid s trouvant dans un miliu frmé st transmis intégralmnt dans touts ls dirctions du liquid. Voici commnt calculr l gain mécaniqu dans un piston. gain mécaniqu = surfac du piston d sorti/surfac du piston où l on appliqu la prssion 2 Si l on appliqu un prssion sur un piston d un surfac d 10 cm t qu l on transmt la 2 prssion à l aid d un fluid sur un piston ayant un surfac d 20 cm : Aprçu du bloc 2 2 gain mécaniqu = 20 cm /10 cm = 2 Dans c bloc d nsignmnt, l élèv s familiaris avc l concpt d prssion t révis clui d la comprssibilité ds fluids. Ell ou il s familiaris avc l princip d Pascal t appliqu cs notions à un situation tchnologiqu. Ell ou il apprnd à contrôlr ds variabls. Vocabulair du bloc un variabl un piston l air un résultat valabl un sringu l princip d Pascal un factur la théori particulair un mbouchur un variabl indépndant la prssion un vérin hydrauliqu un variabl dépndant un forc un systèm hydrauliqu un variabl à contrôlr un surfac un systèm pnumatiqu un fluid kpa Structurs t mécanisms Bloc 2 175

38 Natur d la difficulté ds notions présntés Pour bin comprndr l princip d Pascal, il st important d bin fair l lin ntr ls xpérimntations t la théori. Stratégis pour dévloppr ds habiltés liés à la littérati t à la numérati concvoir un lxiqu scintifiqu; affichr l vocabulair du bloc sur la cart sémantiqu; lir t comprndr ds txts informatifs s rapportant au sujt (p. x., l princip d Pascal) n utilisant divrss rssourcs; utilisr ds moturs d rchrch t navigaturs Wb; visionnr un vidéo d TFO; prndr t nrgistrr ds msurs avc la précision qui s impos; utilisr la msur t ls unités mathématiqus; calculr; fair la collct d donnés; organisr t intrprétr ds donnés (p. x., à la suit ds xpérincs avc ls sringus d grossurs variés); utilisr l ordinatur pour fair ds diagramms; soumttr ds hypothèss sous form vrbal ou écrit; présntr ss rchrchs t ss découvrts; construir suivant la form tridimnsionnll (3D) (p. x., apparils divrs fonctionnant à l aid d systèm pnumatiqu ou hydrauliqu); présntr oralmnt ou par écrit l produit fini (p. x., présntr t xpliqur son prototyp d apparil pour tstr un divan). Nots d planification S assurr d avoir l matéril nécssair. Photocopir ls annxs 1 à 6 n quantité suffisant. Photocopir l référntil n quantité suffisant. Photocopir l annx 4 sur un transparnt. Matéril Pour l group-class batau jout ou autr charg cord dynamomètr Pour chaqu équip d dux sringu d 10 cm 3 sringu d 20 cm 3 sringu d 30 cm 3 sringu d 60 cm Scincs t tchnologi, 8 anné

39 sringu d 5 cm 3 tub d caoutchouc ou n plastiqu d 50 cm d long t d un diamètr d nviron 0,7 cm contnant pour l au Pour chaqu élèv guimauv sringu d 30 cm 3 sringus tub carton valv connctur n t divan miniatur (styl Barbi) matériaux rcyclés pistolt à coll coll morcaux d bois Médias élctroniqus Diaporama n format présntation (variabls8.shw) Annxs Annx 1 : Ls variabls Annx 2 : J comprss, tu comprsss, nous comprssons Annx 3 : Pascal t ls pistons Annx 4 : L vérin hydrauliqu Annx 5 : L épruv du divan Annx 6A : Évaluation formativ Annx 6B : Évaluation formativ Corrigé Rssourcs GALBRAITH, Don, t al. Omniscincs 8, Montréal, Ls éditions d la Chnlièr, 2000, p GIBB, Td, t al. Scincs t Tchnologi 8, Laval, Ls éditions Bauchmin, 2000, p Tchnoscinc 8 anné guid pédagogiqu, Vanir, Cntr franco-ontarin d rssourcs pédagogiqus, 2001, p Déroulmnt du bloc Mis n situation : 10 minuts Décrir xplicitmnt l déroulmnt du bloc t c qu ls élèvs apprndront. Structurs t mécanisms Bloc 2 177

40 Écrir, au tablau, la phras suivant : En faisant ds xpérincs scintifiqus, il st très important d contrôlr ls variabls pour qu ls résultats soint valabls. Posr ls qustions suivants : Qu vut dir l xprssion contrôlr ls variabls? Qu st-c qu un résultat valabl? Animr un rmu-ménings. Distribur l ncadré ci-dssous aux élèvs. Lir avc lls t ux t lur dmandr d surlignr ls mots importants. Invitr ls élèvs à collr l ncadré dans lur journal scintifiqu. Variabl : Un variabl st un factur qui put influncr l résultat d un xpérinc. Expérimntation : 100 minuts Variabls Présntr, à l aid du diaporama (diapositivs 1 à 4), la définition d variabl indépndant, d variabl dépndant ainsi qu d variabls à contrôlr. Posr ds qustions tlls qu : Si l on modifi l xpérinc t qu l on chang la surfac au bas du plan n s srvant du mêm ballon : Qull st la variabl indépndant t la variabl dépndant? Put-il y avoir dux variabls indépndants? Put-il y avoir dux variabls dépndants? Distribur ds photocopis d l annx 1 aux élèvs t ls invitr à l insérr dans lur rliur à annaux. Expliqur aux élèvs qu lls t ils visionnront un diaporama dans lqul on montr ds xpérincs scintifiqus. Ils t lls dvront idntifir ls variabls dans cs xprincs t ls notr dans l tablau. Présntr la diapositiv 5 t xpliqur aux élèvs l déroulmnt d l xpérinc. Posr la qustion suivant : Qu chrch-t-on à connaîtr n faisant ctt xpérinc? 178 Scincs t tchnologi, 8 anné

41 Modlag Modélisr l utilisation du plan d qustionnmnt n s inspirant d l ncadré. Qu st-c qu on m dmand d fair? On m dmand d idntifir ls variabls d xpérincs. Qu st-c qui m aid à fair la tâch? D connaîtr la différnc ntr un variabl dépndant, un variabl indépndant t un variabl à contrôlr. Commnt j m y prnds? J lis attntivmnt l xpérinc. J trouv l factur qui st modifié dans l xpérinc. C st la variabl indépndant. J trouv l factur qui st msuré dans l xpérinc. C st la variabl dépndant. J trouv ls autrs variabls qui n doivnt pas êtr modifiés. C sont ls variabls à contrôlr. Suis-j crtain ou crtain d ma répons? Y a-t-il d autrs solutions possibls? J rfais ls étaps pour vérifir ms réponss. Pratiqu guidé Dmandr aux élèvs d rmplir la sction d l xpérinc 1 dans lur tablau. Lur laissr l tmps d fair l travail n équip d dux. Fair la corrction avc ls élèvs n posant ds qustions pour s assurr qu lls t ils n rtinnnt pas ds connaissancs rronés. Procédr d la mêm façon pour ls diapositivs 6 à 11. La prssion Posr aux élèvs la qustion suivant : Qu st-c qu un fluid? (un liquid ou un gaz) Expliqur aux élèvs qu la prochain xpérinc a pour objctif d mttr l accnt sur un propriété d l air étudié n Matièr t matériaux t qu lls t ils dvront n notr l résultat dans lur journal scintifiqu. Rmttr l annx 2 aux élèvs. Structurs t mécanisms Bloc 2 179

42 Rappl d sécurité Prévoir un spac suffisammnt grand résrvé à chaqu élèv pour lui prmttr d fair ss xpérincs avc aisanc. Expliqur t montrr la march à suivr dans l utilisation du matéril t d l équipmnt afin qu l élèv connaiss xactmnt la façon d l utilisr. Rapplr aux élèvs d n jamais dirigr ls sringus vrs l visag. Fair la lctur ds consigns n posant aux élèvs ds qustions tlls qu : Commnt allz-vous mttr la guimauv dans la sringu? Qu st-c qu un piston? Ls élèvs travaillront n équip d dux. Modlag Répondr avc ls élèvs au plan d qustionnmnt avant d commncr la tâch. Pratiqu guidé Rmttr aux élèvs l matéril nécssair pour réalisr l xpérinc. Lur laissr l tmps d fair l xpérinc. Fair un rtour sur l xpérinc n posant ds qustions tlls qu : L résultat srait-il différnt avc d l au? Pouvz-vous xpliqur c qui s pass à l aid d la théori particulair? S assurr qu ls élèvs comprnnnt qu l air st comprssibl à caus d la plus grand distanc qui xist ntr ls particuls t qu l au st pu comprssibl parc qu ls particuls sont plus rapprochés. Invitr ls élèvs à insérr l annx 2 dans lur rliur à annaux. Écrir l mot prssion au tablau (Ls élèvs ont ntndu parlr d prssion dans l bloc 4 d Matièr t matériaux.). Fair un rmu-ménings pour trouvr la définition d prssion. Distribur l ncadré t ls invitr à l collr dans lur journal scintifiqu. Écrir la définition d prssion au tablau. 180 Scincs t tchnologi, 8 anné

43 La prssion s xprim slon un rapport ntr un forc t la surfac sur laqull ll agit. Son unité st l kpa. p = F/a Posr la qustion suivant : Vous avz l choix d marchr sur un tapis d clous ou d marchr sur un sul clou. En vous inspirant d la formul d prssion, pouvz-vous xpliqur l millur choix? Animr un discussion avc ls élèvs. À l aid d la formul d prssion, montrr qu il srait moins doulourux d marchr sur un tapis d clous à caus d la plus grand surfac d application d forc. Montrr aux élèvs un sringu rmpli d au t bouché à son xtrémité. Posr ls qustions suivants : Commnt pourrais-j augmntr la prssion du liquid dans la sringu? (n déployant un forc sur l piston) Si j déploi un très grand forc sur l piston, qu arrivra-t-il? 3 Rmttr aux élèvs dux sringus d 30 cm t un bout d tub. Lur dmandr d attachr l tub aux xtrémités ds dux sringus n s assurant qu un piston d un sringu st nfoncé t qu clui d l autr sringu st rmonté (fair un démonstration, au bsoin). Dmandr aux élèvs d rmontr l piston qui st nfoncé n appuyant qulqus fois sur l piston qui st rmonté. Lur dmandr d xpliqur, dans lur journal scintifiqu, c qui s pass à l intériur du systèm. Lur laissr qulqus minuts pour trminr l activité. Fair un rtour avc ls élèvs n xpliquant qu la prssion à l intériur du systèm augmnt n appuyant sur l piston pour fair n sort qu l air comprssé fait montr l piston. Placr l mot prssion sur la grand cart sémantiqu. Princip d Pascal Écrir, au tablau, la définition suivant : Structurs t mécanisms Bloc 2 181

44 Princip d Pascal : La prssion xrcé sur un liquid s trouvant dans un miliu frmé st transmis intégralmnt dans touts ls dirctions du liquid. Expliqur l princip d Pascal. Posr la qustion suivant : Qu st-c qu l gain mécaniqu? Montrr aux élèvs commnt calculr l gain mécaniqu à l aid d l ncadré. gain mécaniqu = surfac du piston d sorti/surfac du piston où l on appliqu la prssion 2 Si l on appliqu un prssion sur un piston d un surfac d 10 cm t qu l on transmt la 2 prssion à l aid d un fluid sur un piston ayant un surfac d 20 cm : 2 2 gain mécaniqu = 20 cm /10 cm = 2 Distribur aux élèvs ls ncadrés du princip d Pascal t du gain mécaniqu. Dmandr aux élèvs d ls collr dans lur journal scintifiqu. Rmttr l annx 3 à chaqu élèv. Rappl d sécurité Prévoir un spac suffisammnt grand résrvé à chaqu élèv pour lui prmttr d fair ss xpérincs avc aisanc. Expliqur t montrr la march à suivr dans l utilisation du matéril t d l équipmnt afin qu l élèv connaiss xactmnt la façon d l utilisr. Rapplr aux élèvs d n jamais dirigr ls sringus vrs l visag. Dir aux élèvs qu lls t ils xpérimntront un application du princip d Pascal. Lir, n group-class, ls consigns d l annx 3. Posr ds qustions tlls qu : Commnt calcul-t-on la prssion? Qu st-c qu un mbouchur? 182 Scincs t tchnologi, 8 anné

45 Modlag Fair un démonstration ds manipulations d l xpérinc. 3 Fair avc ls élèvs l calcul d la surfac du piston d 60 cm. Fair rmarqur qu ctt répons lur sra util plus d un fois au cours d l xpérinc, puisqu, dans touts ls 3 autrs combinaisons, il y a un sringu d 60 cm. Ls invitr à insérr ctt donné dans ls cass appropriés du tablau ds obsrvations. 3 Dmandr aux élèvs d fair l calcul d la surfac du piston d 5 cm. Fair la corrction du calcul avc ls élèvs. Répondr avc ls élèvs au plan d qustionnmnt avant d commncr la tâch n s inspirant d l ncadré. S assurr qu ls élèvs comprnnnt la march à suivr d l xpérinc. Pratiqu guidé Formr ds équips d dux. Rmttr à chaqu équip d dux l matéril d l xpérinc portant sur l princip d Pascal. Circulr, dans la sall d class, pour s assurr d la sécurité ds élèvs t d la bonn utilisation du matéril scintifiqu. Répondr aux qustions ds élèvs, s il y a liu. Prndr qulqus nots dans l dossir ancdotiqu d l élèv pour évalur la compétnc Application ds habiltés prscrits n rchrch scintifiqu t n concption. Laissr aux élèvs l tmps d trminr la tâch. Animr un discussion pour fair rmarqur aux élèvs qu, lorsqu dux pistons ont la mêm surfac, la forc transmis st la mêm. Cpndant, si l on xrc un prssion sur un ptit piston, la forc transmis au gros piston st amplifié parc qu l fluid xrc un prssion sur tout la surfac du grand piston. Fair l lin avc l princip d Pascal. Placr princip d Pascal sur la grand cart sémantiqu. Projtr l annx 4 sur un écran. Posr la qustion suivant : Pourquoi appui-t-on sur l ptit piston pour lvr l auto? Animr un discussion sur l fonctionnmnt du vérin hydrauliqu. Expliqur son fonctionnmnt n faisant l lin avc l princip d Pascal. Structurs t mécanisms Bloc 2 183

46 Objctivation : 10 minuts Dmandr aux élèvs d écrir, dans un bull, sur un fuill, c qu lls t ils ont appris t, dans un autr bull, ls élémnts pour lsquls lls t ils auraint bsoin d plus d xplications. Fair un rtour avc ls élèvs sur ls notions importants appriss. Ramassr ls fuills t analysr c qu ls élèvs n ont pas compris. Prndr un rndz-vous avc ls élèvs qui ont ds difficultés pour lur donnr ds xplications supplémntairs. Réinvstissmnt : 50 minuts Pratiqu autonom Présntr aux élèvs l défi d l annx 5. Not : Il y a un photo d un vrai dispositif à la fin du diaporama. (variabls8.shw) Rappl d sécurité Prévoir un spac suffisammnt grand résrvé à chaqu élèv pour lui prmttr d fair ss xpérincs avc aisanc. Exigr l port d luntts protctrics t d gants n tout tmps où il y a manipulation d outils (cisaux, sci, pinc, prcus, tc.). S assurr qu il y a un suprvision adéquat pndant l utilisation d objts pointus tls qu ds cisaux, un coutau à lam rétractabl, ds aiguills ou ds punaiss. Prévoir un spac suffisammnt grand à la station d coll chaud t s assurr d un utilisation t suprvision adéquats. Fair travaillr ls élèvs individullmnt. Fair la lctur ds consigns. Répondr avc ls élèvs au plan d qustionnmnt avant d commncr la tâch. Circulr, dans la sall d class, pour s assurr d la sécurité ds élèvs t d la bonn utilisation du matéril scintifiqu. Répondr aux qustions ds élèvs, s il y a liu. Prndr qulqus nots dans l dossir ancdotiqu d l élèv pour évalur la compétnc Application ds habiltés prscrits n rchrch scintifiqu t n concption. 184 Scincs t tchnologi, 8 anné

47 Lorsqu ls élèvs auront trminé, gardr lur projt pour l prochain bloc. Évaluation formativ : 10 minuts Rmttr l annx 6A à chaqu élèv. Lir ls qustions d l annx pour s assurr qu ls élèvs ls comprnnnt bin. Invitr ls élèvs, d façon individull, à répondr aux qustions n utilisant l plan d qustionnmnt. Ramassr l annx 6A t l évalur d manièr formativ n s inspirant d l annx 6B t n y écrivant ds commntairs. Structurs t mécanisms Bloc 2 185

48 Annx 1 Ls variabls Tout n visionnant l diaporama, idntifi ls variabls d chaqu xpérinc t not-ls dans l tablau. Expérinc Variabl indépndant Variabl dépndant Variabls à contrôlr Scincs t tchnologi, 8 anné

49 Annx 2 J comprss, tu comprsss, nous comprssons Matéril guimauv 3 3 sringu d 30 cm ou d 60 cm March à suivr Prndr un sringu d 30 cm ou d 60 cm. 2. Rtirr l piston d la sringu. 3. Déposr un ptit guimauv au fond d la sringu. 4. Rplacr l piston d la sringu. 5. Appuyr sur l xtrémité du piston d la sringu jusqu à c qu la guimauv touch l fond d la sringu. 6. Bouchr l ntré d la sringu avc la main ou avc un pinc n plastiqu pour qu l air n puiss pas y pénétrr. 7. Tirr sur l piston t obsrvr ls ffts d la réduction d la prssion sur la guimauv. Structurs t mécanisms Bloc 2 187

50 Annx 3 Pascal t ls pistons But Qull combinaison d sringus génèr l plus grand gain mécaniqu? Hypothès On postul qu Matéril sringu d 10 cm 3 sringu d 20 cm 3 sringu d 30 cm 3 sringu d 60 cm 3 sringu d 5 cm 3 règl tub d caoutchouc ou n plastiqu d 50 cm d long t d un diamètr d nviron 0,7 cm contnant pour l au Avant d commncr ls xpérincs, il faut trouvr l air du piston d chacun ds sringus (n 2 utilisant la formul : r ) t la notr dans l Tablau ds obsrvations. March à suivr Prndr un sringu d 60 cm t un autr d 30 cm Insérr, dans l xtrémité d la sringu d 60 cm, un ds bouts du tub. 3. Mttr l xtrémité du bout libr dans un contnant d au t aspirr 50 ml d liquid. 4. Soulvr l bout libr du tub pour qu il soit plus haut qu la sringu. 5. Appuyr sur l piston d la sringu jusqu à c qu qulqus goutts d au n soint xpulsés. Normalmnt, il n dvrait plus y avoir d bulls d air dans la sringu Prndr la sringu d 30 cm t s assurr qu son piston st bin nfoncé. 7. Insérr l mbouchur d ctt sringu dans l xtrémité libr du tub n prnant ls précautions nécssairs pour n pas introduir d bulls d air dans l systèm Un mmbr d l équip dvra ssayr d mpêchr l piston d la sringu d 60 cm d 3 rmontr, tandis qu la prsonn tnant la sringu d 30 cm ssai d nfoncr complètmnt son piston. 9. Notr ls obsrvations dans l Tablau ds obsrvations. 10. Rfair ls étaps 2 à 8 avc ls combinaisons d sringus suivants : cm t 10 cm ; 60 cm t 20 cm ; 60 cm t 5 cm. 188 Scincs t tchnologi, 8 anné

51 Tablau ds obsrvations A B Combinaison cm t 30 cm Calcul d l air du piston d la sringu 2 r Calcul d l air du piston d la sringu 2 r 3 3 d 60 cm : d 30 cm : Calcul du gain mécaniqu A B Obsrvations Combinaison cm t 10 cm 3 3 d 60 cm : d 10 cm : Combinaison cm t 20 cm 3 3 d 60 cm : d 20 cm : Combinaison cm t 5 cm 3 3 d 60 cm : d 5 cm : Structurs t mécanisms Bloc 2 189

52 Analys 1. Qul st l lin ntr l gain mécaniqu t ls combinaisons d sringus? 2. Expliqu l princip d Pascal dans ctt xpérinc. 3. Y a-t-il un lin ntr l gain mécaniqu t l déplacmnt du piston? Si oui, lqul? 190 Scincs t tchnologi, 8 anné

53 Annx 4 L vérin hydrauliqu Sourc : Tchnoscinc 8 anné Structurs t mécanisms, Ottawa, CFORP, 2001, p. 70. Structurs t mécanisms Bloc 2 191

54 Annx 5 L épruv du divan But Construir un apparil pour mttr à l épruv la résistanc d un divan. Mis n situation La compagni IKYA t ngag pour construir un apparil pouvant mttr à l épruv la résistanc d ss divans. Ell t dmand d construir un prototyp d ct apparil. Matéril sringus tub carton valv connctur n t divan miniatur (styl Barbi) matériaux rcyclés pistolt à coll coll morcaux d bois Exigncs d la compagni L prototyp doit mttr à l épruv la résistanc du sièg t du dossir d un divan t doit êtr muni d un systèm hydrauliqu ou pnumatiqu. 192 Scincs t tchnologi, 8 anné

55 Annx 6A Évaluation formativ 1. Rlis l annx 3 t nomm ls variabls d l xpérinc. Variabl indépndant : Variabl dépndant : Variabls à contrôlr : 2. Expliqu c qui s pass n appuyant sur l piston d la plus ptit sringu. Structurs t mécanisms Bloc 2 193

56 Annx 6b Évaluation formativ Corrigé 1. Rlis l annx 3 t nomm ls variabls d l xpérinc. Variabl indépndant : l air du piston ds ptits sringus Variabl dépndant : l gain mécaniqu 3 Variabls à contrôlr : utilisr l mêm matéril (sringu d 60 cm pour chaqu montag, tub d caoutchouc d 50 cm d long t d 0,7 cm d diamètr, contnant pour l au) t la mêm méthod à chaqu ssai (p. x., aspirr 50 ml d liquid dans la 3 sringu d 60 cm, soulvr l bout libr du tub pour qu il soit plus haut qu la 3 sringu, nlvr ls bulls d air d la sringu d 60 cm, nfoncr l piston d la nouvll sringu, insérr ctt sringu dans l mbouchur libr du tub, application d un forc sur ls pistons ds dux sringus) 2. Expliqu c qui s pass n appuyant sur l piston d la plus ptit sringu. Lorsqu on appliqu un prssion sur l piston d la ptit sringu, on transmt la prssion à l aid d un fluid sur tout la surfac du piston ayant un plus grand surfac. La forc à l ntré du systèm (ptit piston) st amplifié à la sorti du systèm (gros piston). 194 Scincs t tchnologi, 8 anné

57 Référntil Variabl : Un variabl st un factur qui put influncr l résultat d un xpérinc. La prssion s xprim slon un rapport ntr un forc t la surfac sur laqull ll agit. Son unité st l kpa. p = F/a Princip d Pascal : La prssion xrcé sur un liquid s trouvant dans un miliu frmé st transmis intégralmnt dans touts ls dirctions du liquid. gain mécaniqu = surfac du piston d sorti/surfac du piston où l on appliqu la prssion 2 Si l on appliqu un prssion sur un piston d un surfac d 10 cm t qu l on transmt la 2 prssion à l aid d un fluid sur un piston ayant un surfac d 20 cm : 2 2 gain mécaniqu = 20 cm /10 cm = 2 Structurs t mécanisms Bloc 2 195

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59 Bloc 3 : La prssion, la chalur t l volum Duré : 3 hurs Princips scintifiqus Ls princips scintifiqus s adrssnt aux nsignants t aux nsignants. En chauffant un fluid, l activité d ss particuls augmnt n vitss, c qui caus un augmntation ds collisions ntr lls. Si l on augmnt la tmpératur d un gaz, t si l gaz st dans un contnant flxibl sans qu il xrc d prssion supplémntair, l volum du gaz augmntra. Si l on augmnt la tmpératur d un gaz, t si l gaz st dans un contnant qui n st pas flxibl car son volum st fix, la prssion du gaz augmntra. Pour la mêm augmntation d chalur, l augmntation d la prssion sra moins important pour un liquid qu pour un gaz. Aprçu du bloc Dans c bloc d nsignmnt, l élèv s familiaris avc l concpt d rlation ntr l volum, la prssion t la tmpératur n s basant sur la théori particulair. Ell ou il prnd connaissanc d machins qui fonctionnnt slon c concpt t rvoit la comprssibilité ds fluids. L évaluation sommativ s trouv à la fin d c bloc. Vocabulair du bloc un systèm hydrauliqu un systèm pnumatiqu la prssion l volum la tmpératur un variabl xpansion un travail un fluid un gaz Natur d la difficulté ds notions présntés Il st important d fair un lin ntr la tmpératur, la prssion t l volum à l aid d la théori particulair pour aidr l élèv à visualisr c qui s pass n c qui concrn ls particuls. Stratégis pour dévloppr ds habiltés liés à la littérati t à la numérati concvoir un lxiqu scintifiqu; affichr l vocabulair du bloc sur la cart sémantiqu; rédigr ds qustions sur l sujt t y répondr; lir t comprndr ds txts informatifs s rapportant au sujt n utilisant divrss rssourcs; Structurs t mécanisms Bloc 3 197

60 utilisr ds moturs d rchrch t navigaturs Wb; visionnr un vidéo d TFO; prndr t nrgistrr ds msurs avc la précision qui s impos; utilisr la msur t ls unités mathématiqus; calculr; fair la collct d donnés; organisr t intrprétr ds donnés (p. x., à la suit ds divrss xpérincs); utilisr l ordinatur pour fair ds diagramms; soumttr ds hypothèss sous form vrbal ou écrit; présntr ss rchrchs t ss découvrts. Nots d planification S assurr d avoir l matéril nécssair. Photocopir ls annxs 1 à 5 n quantité suffisant. Photocopir l référntil n quantité suffisant. Photocopir l annx 1 sur un transparnt. S assurr d avoir accès à un sall d ordinaturs t à Intrnt, au bsoin. 3 Collr un morcau d bois (7 cm x 7 cm) sur l piston ds sringus d 30 cm ou plus qui sront utilisés au cours d l xpérinc d l annx 2. Matéril Pour l group-class aquarium ballon gonflabl pilon à puré règl thrmomètr Pour chaqu équip d dux gross sringu modifié (sringu ayant un morcau d bois collé sur l piston voir annx 2) grand bchr d 1 L sabl bchr d 250 ml support univrsl thrmomètr bchr d 500 ml balanc Médias élctroniqus Théori particulair Scincs t tchnologi, 8 anné

61 Machinri Annxs Annx 1 : Ls frins Annx 2 : La rlation prssion t tmpératur lorsqu l volum st constant Annx 3 : Rlation V-T à P constant Annx 4 : Révision Annx 5A : Évaluation sommativ Annx 5B : Évaluation sommativ Corrigé Rssourcs GALBRAITH, Don, t al. Omniscincs 8, Montréal, Ls éditions d la Chnlièr, 2000, p GIBB, Td, t al. Scincs t Tchnologi 8, Laval, Ls éditions Bauchmin, 2000, p Tchnoscinc 8 anné guid pédagogiqu, Vanir, Cntr franco-ontarin d rssourcs pédagogiqus, 2001, p Déroulmnt du bloc Mis n situation : 15 minuts Décrir xplicitmnt l contnu du bloc n s inspirant d l aprçu. Projtr l transparnt d l annx 1. Posr aux élèvs ls qustions suivants : Ls frins d voiturs sont-ils munis d un systèm hydrauliqu ou pnumatiqu? (hydrauliqu) Qull sort d fluid st à l intériur du systèm d frinag? (huil à frin) Pourquoi n utilis-t-on pas d l au dans l systèm? (Ell gèl n hivr.) Dmandr aux élèvs d écrir, dans lur journal scintifiqu, un hypothès sur l fonctionnmnt du systèm hydrauliqu. Lur laissr l tmps d fair l activité. Structurs t mécanisms Bloc 3 199

62 Expliqur l fonctionnmnt ds frins. L action d appuyr sur un pédal d frins d un voitur actionn un piston qui soumt l huil du circuit à un prssion. La forc d la prssion pouss un ou dux pistons qui appliqunt sur chaqu rou un forc d frinag, proportionnll à la prssion xrcé. Exposr ls prototyps (apparils pouvant mttr à l épruv la résistanc ds divans)construits lors du bloc précédnt. Dmandr aux élèvs d ls xaminr. Fair un rtour n montrant qulqus prototyps qui ont un gain mécaniqu. Révisr l concpt d prssion t l princip d Pascal. Expérimntation : 90 minuts Rlation prssion, volum t tmpératur Posr ls qustions suivants : Pourquoi n faut-il pas mttr un boutill d gaz dans un fu? Qu arriv t-il à la prssion du gaz? (Ell augmnt.) 1. Présntr, à l aid d la théori particulair, c qui s pass à l intériur d la boutill. Not : Ls sits Wb ci-après montrnt ds simulations qui aidront ls élèvs à visualisr c qui s pass. L but st d montrr aux élèvs l mouvmnt ds particuls (animations) t non d lur fair lir l txt qui accompagn ls simulations, car cs txts sont trop complxs. Montrr aux élèvs un éprouvtt muni d un bouchon d caoutchouc. Posr la qustion suivant : Qu arrivrait-il n chauffant l éprouvtt? (L bouchon d caoutchouc srait propulsé vrs l haut.) Expliqur la rlation ntr prssion, volum t tmpératur à l aid d l ncadré suivant : En chauffant un fluid, ss particuls augmntnt n vitss, c qui caus un augmntation ds collisions ntr lls. Si l on augmnt la tmpératur d un gaz, t si l gaz st dans un contnant flxibl sans qu il xrc d prssion supplémntair, l volum du gaz augmntra. Si l on augmnt la tmpératur d un gaz, t si l gaz st dans un contnant qui n st pas flxibl à caus d son volum qui st fix, la prssion du gaz augmntra. Pour la mêm augmntation d chalur, l augmntation d la prssion sra moins important pour un liquid qu pour un gaz. 200 Scincs t tchnologi, 8 anné