Des ponts-levis aux leviers

Auteurs : Sylvie Frémineur(plus d'infos)
Résumé :
[Témoignage] - Les élèves doivent construire un pont-levis et sont confrontés à la fois à des problèmes techniques et des principes physiques. En fin de projet, les élèves ont intégré que pour faire tourner une pièce la force doit être appliquée le plus loin possible de l'axe de rotation et sont capables d'identifier ce principe dans d'autres dispositifs.
Objectif :
Sur le plan du contenu scientifique, l'objectif est de comprendre qualitativement que l'effet d'une force sur la rotation est d'autant plus efficace qu'elle s'exerce loin de l'axe de rotation. Mais au-delà, il s'agit de confronter les élèves à des situations-problèmes qu'ils résolvent eux-mêmes. Cela contribue à développer des attitudes de recherche et le goût pour les problèmes scientifiques et techniques. En résolvant la situation, les élèves prennent confiance dans leurs capacités. En réfléchissant à la validité générale de ce qu'ils ont découvert dans un contexte précis, ils se familiarisent avec la nature des sciences (recherche d'un petit nombre de lois, de modèles ou de théories pour expliquer une classe importante de phénomènes).
Durée :
Environ 5 séances.
Matériel :

Légodacta

Copyright :
Creative Commons France. Certains droits réservés.

 

Résumé de la démarche

  • Les élèves sont confrontés à une situation-problème (construire un pont-levis) dans laquelle ils vont devoir résoudre un certain nombre de problèmes.Certains d'entre eux se résument à quelques détails techniques (comment faire pour que le fil ne se bloque pas ?). D'autres débouchent sur des principes physiques. C'est le cas lorsque se pose la question du point d'attache de la ficelle destinée à soulever la passerelle : où faut-il attacher le fil ? Quelle est la solution la plus efficace ?
  • Le problème est résolu par une expérience imaginée par les élèves.
  • La solution est réinvestie pour expliquer d'autres dispositifs. Les élèves se rendent compte que le principe qu'ils ont compris à partir de l'exemple du pont-levis a une validité plus générale.

Remarque : La durée approximative de chaque séance est indiquée. Toutefois, la spécificité de la classe (comportant les trois niveaux du cycle) et l'autonomie des élèves, a conduit certains d'entre eux à continuer leur travail à des moments plus informels pour terminer une construction, l'améliorer, la recommencer...

1ère séance

  • 45 min (ou plus pour certains groupes)
  • Situation-problème : réaliser un pont-levis avec le matériel "Lego". Les élèves, par groupes, se lancent immédiatement dans l'action. La séance est assez longue car de très nombreux détails doivent être réglés. Comment fixer le fil sur l'axe ? Comment fabriquer une manivelle ? Comment faire pour que l'axe ne se déboîte pas ? Etc. Les élèves qui trouvent une solution l'expliquent aux autres.
  • À la fin de la séance, les constructions ne sont pas démontées.

2ème séance

  • 30 min
  • Elle est consacrée à une discussion en classe entière pour identifier les problèmes qu'il a fallu affronter, les solutions qui ont été trouvées et les difficultés qui subsistent.
  • L'articulation entre le pont et le sol a souvent été résolue en utilisant les petites charnières disponibles dans nos boîtes. Mais ce n'est pas solide. Le problème reste en suspens. Il faudra de nouvelles recherches.
  • La manière de guider le fil entre la manivelle et son point d'attache sur le pont a donné lieu à des comparaisons intéressantes entre les différents groupes.
  • Certains groupes attachent le fil trop près de l'axe. Ce n'est pas efficace pensent certains élèves. D'autres ne voient pas où est le problème...
  • Voir ci-dessous quelques réalisations ayant donné lieu à discussion.

 

Le fil n'est pas guidé en hauteur

 

 

 

Le fil fait des coudes

 

 

 


Le fil est attaché trop près de l'axe

 

 

3ème séance

  • 45 min
  • Nouvelle construction : les consignes sont les suivantes : "mettre en œuvre les améliorations qui ont été discutées. Rechercher un système plus solide pour articuler la passerelle et les montants."
  • Toutes les constructions réalisées sont solides et efficaces.

Une construction obtenue

 

4ème séance

  • 45 min
  • Travail de synthèse sur les leviers. Il s'agit de savoir, à l'aide d'une expérience, s'il est plus facile de soulever le pont lorsque le fil est attaché loin de l'axe. Les élèves proposent d'alourdir le pont en mettant dessus quelque chose de lourd, car " c'est tellement léger qu'on ne peut pas comparer ".
  • L'expérience retenue est reproduite ci-dessous.

 




Le fil s'enroule sur un axe. La manivelle est tournée à la main. Il est plus facile de lever le pont lorsque le fil est attaché loin de l'axe.

 

5ème séance

  • 30 min
  • Les élèves doivent rechercher des dispositifs qu'on fait tourner à la main, avec lesquels on peut se rendre compte qu'il est plus facile de forcer loin de l'axe. Quelques élèves pensent aux clés (pour démonter les roues des voitures) et aux manivelles. La maîtresse évoque d'autres dispositifs en demandant si c'est pareil : brouette, pince, casse-noix,... Si le rapport n'est pas perçu immédiatement (la brouette ce n'est pas comme une manivelle disent certains), la discussion entre les élèves aboutit à identifier la rotation dans chaque dispositif.
  • La conclusion est généralisée : il est plus facile de faire tourner une pièce si l'on force loin de l'axe.

Conclusion

Activité facile, réalisable dès la classe de CE2 pour peu que l'école dispose d'un matériel adapté aux constructions.

 

Addons