Titre Activités : le mouvement, la propulsion Enseignant Mme Privat Niveau cycle 3 (CM2) École Paul Eluard Sainte Thérèse La Possession Résumé: Les élèves construisent un objet roulant qui fonctionne avec un moteur ( autre que l énergie électrique) L utilisation de d autres sources d énergie : force du vent, moteur à ballon interviendra. Ceci permet d acquérir des notions sur la transmission du mouvement. Points du programme: réalisation d un objet mécanique, transmission et transformation du mouvement. Thème abordé: le mouvement, les objets techniques Démarche pédagogique: Le maître introduit l idée du rallye: «on va fabriquer par groupe de deux ou trois, des objets roulants.» Séquence 1: découverte des différents prototypes Séquence 2: fabrication d un objet roulant sans moteur Séquence 3: construction d un objet roulant avec moteur: le ballon de baudruche Séquence 4: découverte de nouvelles éner- gies et Construction de différents engins Séquence 1: découverte de différents prototypes Consigne: Imagine un chariot roulant ( tu peux utiliser quelques éléments préfabriqués ) N oublie pas de lister le matériel utilisé et de faire un croquis de ton véhicule. Observation des différents engins réalisés par les enfants, ils sont plus ou moins sophistiqués et on remarque parfois l aide des parents. Nous décidons de faire un catalogue des pannes 1/ Les roues ne tournent pas * frottement sur le châssis éloigner du châssis * frottement autour de l axe utilisation de la paille déjà présente dans certains chariots augmenter le diamètre du percement
2/ Les roues sont dentelées Certains ont utilisées des roues de canette de bière 3/Les roues supportent difficilement mon véhicule utilisation de bouchon lisse ( type bouteille d eau minérale ou bouchon de liège) diamètre des roues insuffisantes par rapport au poids de la boîte de chaussure 4/ On perd une roue la fixer correctement ( utilisation d une ron delle de liège collée à l intérieur ou utilisa tion de chevilles) 5/ Le véhicule n a pas de trajectoire rectiligne rectifier les alignement des roues et parallé lisme des essieux. Il faut également trouer au centre des roues On peut remarquer que les enfants ont fait preuve d imagination et utiliser des matériaux différents pour construire leur engin ( boîte à glace, boîte à chaussures, bouteille d eau minérale, boîte d allumettes.) Mais ici notre préoccupation était de voir comment les engins avançaient sur leurs roues. Problème du parallélisme de essieux La boîte d allumettes roulantes Frottement des essieux sur les roues Ingénieux une autre façon de placer les roues. Utilisation de bouchon de bouteille d eau minérale les roues sont maintenues grâce à des chevilles
Séquence 2 : Fabrication d un objet roulant sans moteur Question du maître: «Comment fabriquer un objet qui roule sans moteur?» Matériel: _ boîtes à chaussures _ bouchons de bouteille _ adhésif _ pailles _ brochettes Expérimentation et réinvestissement des notions vues précédemment: -Essais: les élèves par groupe de 2 placent l essieu dans la paille, ne prennent pas de repère sur le châssis, mettent les roues trop devant ou au milieu du véhicule _ Constatations: le véhicule est bancal, les roues frottent encore. Nouveaux essais: les roues doivent être en face 2 à 2 ( parallèles) La répartition du poids de notre chariot ( boîte à chaussures), nous oblige à placer les roues à 4 cm de l avant et idem pour l arrière. Réalisation d une fiche technique Séquence 2 bis: Fabrication d un objet roulant sans moteur Question du maître: «Notre véhicule roulerait-il plus vite s il avait de larges roues ou si ses roues étaient plus grandes?» Donc la largeur des roues a- t-elle une influence sur le déplacement du véhicule? Même question pour le diamètre des roues. Matériel: _ des bouchons de liège _ des bouchons de bouteille de différents diamètres _ des couvercles en plastique Expérimentation: Nous reprenons nos anciens chariots et nous changeons les roues. Groupe 1: des roues de même diamètre partout Groupe 2: des roues d un diamètre supérieur à G1 Groupe 3 : des roues plus larges que G1( bouchon de liège) Groupe 4: des roues d un diamètre supérieur uniquement à l avant du véhicule. Groupe 5 : l inverse du groupe 4
Les différents groupes dessinent leur engin. Mais un nouveau problème se pose à nous quand nous devons expérimenter et observer la distance parcourue par nos différents engins. Remarques des enfants : «certains poussent plus que d autres. Il nous faudrait avoir la même force.» Pour pouvoir comparer le déplacement de nos différents véhicules, il nous faut utiliser la même force donc avoir le même moteur. Conclusion: Nous remarquons tout de même que l engin qui a de larges roues semble plus lourd et roule moins vite. Nous pouvons dire que plus la largeur des roues est importante plus la surface avec le sol s élargit, plus il y a d adhérence et de frottements. ( Nous faisons une comparaison avec le vélo de course et le VTT sur route.) Je fais deux marques rouges sur deux roues de diamètres différents et je tente de les faire tourner à la même vitesse sur une table de classe. Nous constatons que quand la grande roue a fait un tour la plus petite doit en faire trois pour la rejoindre. L amplitude de la grande roue est plus importante ( anecdote un enfant me fait remarquer que c est la même chose quand il marche avec son père!!) Séquence 3 : Construction d un objet roulant avec un moteur: le ballon de baudruche. Question du maître: «Comment faire avancer nos véhicules en utilisant autre chose que le moteur électrique?» Dessiner un tel objet: Les élèves proposent d utiliser le vent de transformer nos véhicules en char à voile, d autres pensent à utiliser un élastique enrouler sous le véhicule, d autres pensent à l hélice et certains au ballon de baudruche ( déjà utilisé dans la classe de la collègue) mais leurs propositions très intéressantes restent floues. Matériel: _ des ballons de baudruche _ 1 chariot pour 3 _ des pailles _ un tuyau _ de l adhésif _ des brochettes
Observation: «Je vais lancer un ballon et le lâcher. Je vous demande d observer sa trajectoire.» Le ballon se déplace suivant une trajectoire plus ou moins tourmentée. Il se déplace dans le sens opposé à celui de l air qui est éjecté. Problème 1 : Comment faire pour que le ballon prenne une certaine direction? On accroche le ballon au chariot Durant cette étape vont apparaître plusieurs difficultés: A//Comment accrocher le ballon? Le ruban adhésif crève le ballon. L idée du tuyau comme en bout placée sur un socle ( petit yaourt) est adoptée. Une autre proposition apparaît mettre le ballon dans un filet ( filet à fruits) B// Le chariot ne se déplace pratiquement pas? Le chariot est il trop lourd? La densité de la matière plastique de nos ballons de baudruche entre-t-elle en jeu? Le ballon est trop surélever? Nous décidons d alléger nos engins en découpant les boîtes et d inventer une sorte de support ( comme un aileron à l arrière de nos véhicules) Cette fois-ci, nos engins sont équipés de beaux ballons. C// Comment réduire la sortie de l air? Nos véhicules se déplacent rapidement mais s arrêtent trop vite, il faut donc faire durer et dispenser petit à petit cette énergie. Nos allons mettre dans notre tuyau des tuyères ( pailles) Conclusion: Nous pouvons remarquer qu en fin de parcours nos véhicules avancent plus rapidement puis reculent légèrement. L air qui est éjecté du ballon entraîne notre chariot. Cette méthode est utilisée chez les fusées qui éjectent du gaz vers l arrière: c est l action et en réaction le véhicule avance.
Séquence 4 : découverte de nouvelles énergies Consigne: «Imagine un engin qui se déplace sans l utilisation d un moteur électrique et dessine le.» Ici émerge l idée du moteur à propulsion. L élastique emmagasine une énergie potentielle qui sera restituée. On dispose ainsi d un réservoir d énergie. En ce qui concerne le char à voile, les élèves proposent d utiliser l air contenu dans le ballon et de l envoyer dans les voiles. Mais cette idée intéressante ne sera pas reprise. Séquence 5 : Construction de différents engins, élaboration de fiches techniques. Ces fiches élaborées par les enfants doivent expliquer le fonctionnement de l engin et donner les indications pour en construire un En Conclusion : les élèves ont utilisé deux sortes d énergie: le moteur à réaction avec le ballon de baudruche et le moteur à propulsion avec l élastique. Dans le moteur à réaction, le ballon en se dégonflant entraîne le chariot. Une action implique donc une réaction Dans le moteur à propulsion, en tournant l hélice ou la roue, on fournit un travail musculaire qui s emmagasine dans l élastique qui en la restituant fait avancer l engin. La distance parcourue par un de nos véhicules est de 5, 97 mètres.