Cratères et météorites, question d'énergie !

4. Réinvestissement (optionnel)
Auteurs : Katia Allegraud(plus d'infos)
Frédéric Pérez(plus d'infos)
Fatima Rahmoun(plus d'infos)
Résumé :
Les élèves réinvestissent les connaissances acquises sur l'énergie potentielle pour répondre à un défi lancé par l'enseignant: former deux cratères de taille identique avec des billes de masses différentes.
Publication : 23 Novembre 2016
Objectif :
Réinvestir les connaissances déjà travaillées précédemment, ainsi que la construction des protocoles.
Matériel :

Pour un groupe :

  •  Entre un et deux paquets de semoule (prévoir environ 8 paquets pour 5 groupes) de 1 kg
  • 1 bassine ou saladier (diamètre intérieur entre 20 et 25 cm, ne pas prendre de contenant trop grand sinon la couche de semoule ne sera pas assez épaisse et les billes toucheront le fond)
  • couples de billes en verre de masses différentes
  • Pour mesurer le diamètre des cratères et/ou la hauteur de lâcher: compas, régle, mètre ruban
  • 1 balance (pour peser les billes)

Prévoir pour le rangement des entonnoirs pour remettre la semoule dans les paquets, et pour nettoyer le sol pelle, balayette, aspirateur…

Réinvestissement : produire deux cratères de même taille avec deux billes de masse différente (optionnel - 1h10)

 

Cette activité est utilisable comme réinvestissement de la séquence, ou en relance à placer entre les étapes 2 et 3.

L’enseignant propose à chaque groupe deux billes de masses différentes et de même matériau (par exemple bille et calot en verre). Il demande aux élèves de produire deux cratères de même diamètre avec ces deux objets. Chaque groupe doit décrire par écrit le protocole proposé puis le mettre en œuvre et rédiger ses conclusions.

Note pédagogique: 

Idéalement, proposer des billes dont les masses sont liées par un facteur de proportionnalité assez évident à trouver.

Ces élèves ont fixé la hauteur initiale de la bille la plus lourde et ont multiplié les tentatives avec la bille la plus légère jusqu’à obtenir un cratère de taille comparable.  Ce groupe a effectué des lâchés répétés de la bille la plus légère au même endroit, en gardant la hauteur initiale constante. Ils ont ainsi agrandi progressivement le cratère jusqu’à ce qu’il atteigne une taille équivalente à celui formé par la bille la plus lourde, qu’ils avaient conservé à côté comme référence.

Chaque groupe présente à la classe son protocole et ses résultats. Lors de cette mise en commun, l’enseignant reste attentif à la propreté des protocoles. Les élèves ont spontanément l’idée qu’il faut lâcher la bille la plus lourde d’une hauteur plus faible que la bille la plus légère. Le professeur incite les élèves à comparer les  masses des billes et les hauteurs qu’ils ont déterminées, les amenant à réaliser l’existence d’un lien de proportionnalité : une bille trois fois plus lourde devra être lâchée d’une hauteur trois fois plus faible.

Note pédagogique

Il n’est pas question ici d’amener les élèves à l’expression littérale de l’énergie potentielle de position. Cependant cette activité constitue un pas supplémentaire vers sa construction.