Balances, leviers : équilibres Durée prévue : 6*45 min Niveau : CE1 CE2 Domaine d activité : Sciences et technologie (les objets techniques) Nombre de séances : 5 + évaluation Nombre d élèves : 17 Objectif général : être capable de prévoir ou interpréter quelques situations d équilibre (ce1-ce2) être capable d utiliser pour ce faire les 2 propriétés suivantes : - une même force a plus d effet sur la rotation si elle est appliquée à une plus grande distance de l axe - une grande force a plus d effet qu une petite force si elle est appliquée à la même distance (ce2) Objectifs spécifiques : S1 - S2 : comprendre ce qu est un levier S3 : comment réduire l effort à l aide d un levier S4 - S5 : mettre en œuvre le principe des leviers dans un autre «travail» S6 : évaluation
Matériel S1 : 1 feuille par groupe S2 : dessin d une machine égyptienne Dessin d un homme soulevant un rocher Matériel de construction (barres, tiges, ficelle, gros écrous, petits écrous ) S3: par groupe de 2-3 : 1 pot plastique (avec des bouchons), 1 règle de 30 cm, écrous assez gros (10 mm), gommes 1 affiche pour le tableau S4 ( S5) : carton, ficelle, ciseaux 1 feuille par groupe Temps Déroulement Organisation Séance 1 : Comment déplacer le bureau de la maîtresse? 20 Consigne : «Je vais vous lancer un défi : Vous devez trouver un moyen de soulever facilement mon bureau. (on peut invoquer les inondations récentes pour expliquer l importance de soulever les meubles dans une pièce et y mettre des cales). Vous êtes par groupe de 3» Mise au travail : réalisation de dessins et d écrits expliquant la mise en œuvre. Mise en commun et explication des différentes méthodes Attente : cric, bascule, travail d équipe, barre métal, engin motorisé On classe ces dispositifs en 2 colonnes sur l affiche: - dispositifs mus par l homme - dispositifs autres (motorisés ) «Nous allons tout au long du module nous intéresser aux dispositifs mus par l homme.» groupe de 3
Temps Déroulement organisation Séance 2 : Comment les hommes des temps anciens soulevaient-ils des charges? 1 Rappel de ce qu on a vu la dernière fois : «il est difficile par la force des hommes de soulever de lourdes charges alors comment a-t-on fait pour les pyramides, les châteaux? Comment faisaient-ils sans machine?» Distribution des vignettes représentant 2 dispositifs pour soulever ou déplacer des blocs de pierre. «Vous allez essayer de construire un modèle réduit de la machine égyptienne.» Mise au travail par groupe de 4 Pendant ce temps, les élèves viennent à tour de rôle essayer «la figure 6» au bureau (je veille à la sécurité) : retour sur la situation de départ Mise en commun : «est ce que ces 2 dispositifs permettent de réduire l effort?» Attente : oui pour le doc de la figure 6, pour l autre, on ne sait pas «Qu est ce qu ont ces 2 documents en commun?» Attente : Ils permettent de lever une lourde charge Introduction du mot levier, pivot et point d appui Elaboration de la trace écrite (exemple ci-dessous) et écriture Un levier est une tige rigide qui peut pivoter autour d un axe de rotation (le pivot). Un levier est manœuvré par l homme pour soulever de lourdes charges et réduire son effort. La prochaine séance, nous travaillerons avec une maquette plus simple pour voir si effectivement dans le cas du document 1, on réduit l effort. groupe de 4 Individuel
Temps Déroulement Organisation Séance 3 : Comment réduire l effort à l aide d un levier? 1 Rappel de ce qu on a vu la dernière fois : dispositifs avec levier, pivot qui réduisent normalement l effort. Présentation du matériel (et de la manière de l utiliser) et consigne : «Vous allez avoir 3 défis à relever. Quad vous avez terminé le premier, vous faîtes le dessin et vous expliquez par écrit ce que vous en retenez. Puis vous passez au 2 ème défi. 1 er défi : je veux soulever la charge avec le moins de force possible. 2 ème défi : je veux soulever la charge le plus haut possible. 3 ème défi : si je mets le pivot au milieu, comment faire pour soulever la charge.» Mise au travail par groupe de 2 (1 ce1 avec 1 ce2) ou 3 Je passe dans les groupes pour valider les expérimentations. Je donne une règle plus grande aux groupes les plus rapides. «Et si vous aviez une règle plus grande? Qu est ce que cela changerait?» Mise en commun. Je vérifie que toutes ces questions leur ont permis de comprendre l influence des différents paramètres (position du pivot, position de la force appliquée, longueur du levier) ainsi que leurs conséquences (force plus ou moins grande, hauteur d élévation). Elaboration de la trace écrite (exemple ci-dessous) et écriture (ce2) - Lorsque le pivot est au milieu du levier, ce dernier est en équilibre : les charges sont identiques. - Plus la charge est proche du pivot, plus il est facile de la soulever mais moins on la soulève haut. - Plus la charge est loin du pivot, plus il est difficile de la soulever mais plus on la soulève haut. Pendant que les CE2 écrivent, je dessine des situations de «balances» «Ce dessin est-il possible?» groupe de 2 Individuel
Temps Déroulement Organisation Séance 4 : Comment fabriquer le pont levis de notre future maquette de château-fort? 20 «Nous allons bientôt construire une maquette de châteaufort. Il nous faudra donc un pont-levis. Par groupe de 3, vous allez avec le matériel donné, en fabriquer 1.» Mise au travail Je passe dans les groupes pour aider à la «technique» mais pas sur le point d attache. Présentation des différents modèles. Je fais passer un groupe qui a fixé sont point d attache à l extrémité et un autre au milieu du pont en leur demandant pourquoi ils ont fait ce choix-là. Si tous les groupes ont fixé leur point d attache à l extrémité du pont, je leur demande d expliquer pourquoi. Attente : moins de force exercée si la point d attache est le plus loin de l axe (pivot). Pour mieux comprendre ce phénomène, on reproduit avec une règle maintenue à une extrémité par une main, et à l autre une charge à soulever avec une ficelle. Plus facile de soulever si la ficelle est à l extrémité du côté de la charge qu au milieu ou même du côté de l axe. 2 séances seront peut-être nécessaires pour finir les maquettes et en tirer les conclusions sur le point d attache. BILAN Prolongements prévus - travail sur les mesures de masses en mathématiques - lecture de l album «Un tout petit coup de main» qui sera l occasion (avant la fin de l album) de réfléchir à la résolution du problème posé dans celui-ci. Source : doc d application : enseigner les sciences en cycle 3