2011-05-25 Peau bleue - Yeux noirs 2011-05-25 Peau bleue - Yeux noirs DOSSIER DU PINGOUIN ANIMÉ Document de l animateur Novembre 2011 1
Votre défi : À l aide de vos connaissances en science et technologie, vous devez observer attentivement la pièce à conviction principale : une séquence vidéo mettant en vedette le pingouin animé. À l aide de vos collègues, vous devrez imaginer les mécanismes en cause et leur agencement. Enquêteurs, au boulot! 1. Visionner la séquence vidéo et noter sur les images ci dessous les mouvements observés. 2. Imaginer, en équipe, les mécanismes permettant de produire les mouvements observés. 3. Modéliser votre solution à l aide des matériaux et du matériel fourni. Note à l animateur : La séquence vidéo est disponible en format.mov avec les séquences vidéo qui se rapportent à cette activité. Le nom du fichier est : pingouin_cdp.mov 2
Pour guider la réflexion... Le chapeau et les ailes 1. Indiquer les mouvements du chapeau, des ailes, des pattes et de l essieu sur les schémas cidessous. 3. Voici maintenant quelques mécanismes de transformation ou de transmission de mouvement. Pour chacun, indiquer s il s agit d une solution possible à l un des mouvements observés et justifier votre réponse. a) L essieu est entraîné en rotation par un moteur qui n apparaît pas sur le schéma. Pignon et crémaillère Oui, pour quelle pièce? Justifier la réponse. Non. Justifier la réponse. Note à l animateur : Vous trouverez des modèles articulés des mécanismes à l annexe 3 de ce document. Des séquences filmées sont également disponibles pour chacun de ces modèles. Ils ont également pour but de fournir des exemples de solutions de construction pour la réalisation du modèle articulé. Il est important de souligner qu il existe des démonstrateurs de mécanismes qui sont disponibles dans plusieurs écoles. Il s agit d une transformation de mouvement (rotation à translation), mais pour obtenir une translation qui oscille, nous devons avoir une rotation qui alterne d un sens à l autre. Or dans l objet observé, la rotation des roues qui entraînent l essieu est toujours dans le même sens. 3
b) Vis et écrou Oui, pour quelle pièce? Justifier la réponse. Non. Justifier la réponse. Il s agit d une transformation de mouvement (rotation à translation), mais pour obtenir une translation qui oscille, nous devons avoir une rotation qui alterne d un sens à l autre. Or dans l objet observé, la rotation des roues qui entraînent l essieu est toujours dans le même sens. De plus, nous pouvons constater que le mouvement du chapeau et de rotation de l essieu ne seraient pas dans le bon plan avec cet agencement. c) Vis et crémaillère Oui, pour quelle pièce? Justifier la réponse. Non. Justifier la réponse. Il s agit d une transformation de mouvement (rotation à translation), mais pour obtenir une translation qui oscille, nous devons avoir une rotation qui alterne d un sens à l autre. Or, dans l objet observé, la rotation des roues qui entraînent l essieu est toujours dans le même sens. De plus, nous pouvons constater que le mouvement du chapeau et de rotation de l essieu ne seraient pas dans le bon plan avec cet agencement. d) Came et galet Oui, pour quelle pièce? Justifier la réponse. Pour la rotation de l essieu qui engendre une translation du chapeau. Il s agit d une transformation de mouvement (rotation à translation) et la rotation continue provoque un mouvement de translation alternatif. Le chapeau peut être relié à la partie «galet». Non. Justifier la réponse. 4
e) Manivelle et coulisse Oui, pour quelle pièce? Justifier la réponse. Le premier modèle pourrait être utile pour le mouvement de l aile. On y voit une translation qui est transformée en rotation partielle. On pourrait imaginer que le mouvement du chapeau soit transmis à l aile qui est fixée à un pivot pour transformer la translation en rotation partielle. Nous pourrions également imaginer que le deuxième modèle serait utile pour engendrer le mouvement de rotation partielle des pattes. En effet, on remarque que la manivelle fixée à la roue en rotation complète transmet un mouvement de rotation partielle à la tige fixée à un pivot. Non. Justifier la réponse. Vous voilà prêts à réaliser votre modèle articulé à l aide du matériel et des matériaux fournis. 4. Expliquer le modèle réalisé à l aide des termes appropriés. Nous vous proposons une banque de mots à utiliser, au besoin, dans vos explications. Guidage en translation Guidage en rotation Libre en rotation Libre en translation Lié en rotation Lié en translation Rotation partielle Buter Transmettre le mouvement Transformer le mouvement Organe moteur Organe récepteur 5
Jeu entre les pièces Modèle articulé du pingouin ANNEXE 1 Organe de sortie Pièce libre en translation et liée en rotation Guidage en translation Liaison partielle Butées ou coulisseau Jeu entre les pièces 1 Pièce libre en rotation et en translation Organe de sortie Guidage en rotation Organe d entrée Pièce libre en rotation et liée en translation Butées 6 Système came et galet (transforme le mouvement de rotation en translation)
Exemple d explication d un composant Partie de l aile en avec le coulisseau contact Goujon servant l axe Cellule dans un morceau de coroplaste représentant l aile Tube servant de guidage en rotation Base en carton mousse Carton mousse servant de support du modèle articulé Coupe de la partie du modèle identifié par 1 Le diamètre du goujon est déterminé par l espace disponible dans une cellule de coroplaste. La liaison serrée qui en résulte permet de déplacer facilement le goujon afin trouver la longueur adéquate de l aile en contact avec le coulisseau. Le jeu entre l axe (goujon) et le tube permet une rotation avec un minimum de frottement. La hauteur appropriée du tube augmente la surface de contact afin de réduire le jeu angulaire. L aile et l axe sont maintenus en place par la gravité. Le tube guide est collé sur une base de carton mousse afin de localiser l emplacement de l axe de l aile sur le support du modèle articulé. 7
Modèle articulé : patte La patte est entraînée en rotation partielle par une manivelle fixée à la roue. La patte est guidée en rotation par pivot. 8
PINGOUIN ANIMÉ (SON FONCTIONNEMENT RÉEL) ANNEXE 2 Important! Les images présentées ici constituent la solution retenue par le fabricant. D autres alternatives auraient été possibles en ce qui a trait au choix des mécanismes, à la forme des pièces et à leur agencement. 4. Emplacement de la liaison du chapeau. Le mouvement de translation de la pièce centrale entraîne le chapeau. Il est guidé par l orifice de la tête. 3. Axe inséré dans une coulisse de la pièce centrale. Le mouvement de translation entraîne l aile dans une rotation partielle autour de son pivot. 2. Pivot de l aile qui est libre en rotation, mais liée en translation. 1. Pièce, munie de la partie «galet», guidée par la came liée à l essieu. Elle effectue une translation verticale grâce à la came. Vue arrière 7. La patte est liée au corps du pingouin par l entremise d un pivot. Le pivot la guide en rotation, mais un renflement à son extrémité assure sa liaison en translation. 6. Coulisseau dans lequel s insère la manivelle fixée à l extérieur de la roue. 5. Roue solidaire (liée) de l essieu qui l entraîne en rotation. Elle est munie d une manivelle, sur sa face extérieure, qui s insère dans un coulisseau à l intérieur de la patte. Ceci assure à la patte, un mouvement de va et vient décrivant une rotation partielle. 9
ANNEXE 3 Dimensions réelles des démonstrateurs articulés : 20 cm X 15 cm 10
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Fabrication des supports de modèles ANNEXE 4 Mécanisme moteur pour modéliser le mouvement du chapeau et les ailes du pingouin Support du modèle Arbre Support et guide Manivelle Came ou excentrique Vis 200 260 25 25 Pointer dans le carton mousse. 13
Support et guide Baguette de 19 x 19 ( ¾ po.) Percer 3 trous Ø 5/32 po. 45 35 55 Percer Ø 7/64 po. 25 Dessous Vis n 6 x 1 po. Manivelle et axe de la came Tube de vinyle Ø int. 1/8 po. Rondelle Baguette de pin 10 x 10 Goujon Ø 1/8 po. x 40 10 40 Goujon Ø 1/8 po. x 200 Percer Ø 9/64 po. 14
Mécanisme moteur pour modéliser le mouvement des pattes du pingouin Base démontable Axe de la patte Roue de carton Carton mousse de 5 x 85 x 90 Carton mousse de 5 x 120 x 170 (Facultatif le ) 15
Tube de vinyle Ø int. 3/16 po. 2 vis tête ronde n 6 x ½ po. 2 Goujons Ø 3/16 x 40 po. Percer dans le carton mousse Ø 3/16 en vous servant de la base démontable pour localiser le trou. Axe de la roue et organe moteur Roue de carton Ø 50 (2 po.) Baguette 27 x 7 (1 x ¼ po.) 45 130 Percer 2 trous Ø 3/16 po. 12 Percer 2 trous Ø 9/64 po. 16
Cames et excentriques DOCUMENT DE TRAVAIL 17
Patte du pingouin à découper et à coller sur un support de carton ou de carton mousse 18
Chapeau du pingouin à découper et à coller sur un support de carton ou de carton mousse DOCUMENT DE TRAVAIL 19
Suggestion de matériaux pour la maquette 2D du pingouin ANNEXE 5 13 9 10 17 16 11 12 8 15 14 15 3 7 4 6 5 2 1 1 2 3 Came long. 40mm Styromousse 200 x 260 Coroplast 4 mm Roue de carton Ø 50 40mm 4 5 6 7 8 9 10 Goujon de bois Ø 1/8 po. / Ø 3/16 po. / Ø ¼ po. Baguettes de bois 8 x19 / 12 x 12 / 19 x19 11 Pailles de Ø divers 12 13 Rondelles Ø 1/8 po. et 3/16 po. 14 15 16 17 Tubes de vinyle Ø intérieur 1/8 po. Tubes de vinyle Ø intérieur 3/16 po. Tubes de vinyle Ø extérieur 1/4 po. Tubes de vinyle Ø intérieur 1/4 po. 20