I.3.4 - Qu’est-ce qu’un système de vitesses ?

Niveaux conseillés

CM2, 6e

Résumé

Les élèves cherchent à expliquer et modéliser le système de vitesses.

Notions

Plus les pignons sont petits, plus c’est dur d’appuyer sur la pédale, mais plus la distance parcourue en un tour de pédalier est grande : c’est le système de vitesses.

Modalité d'investigation

Modélisation

Matériel

Pour chaque groupe :
• Cylindres (marqueur, rouleau…) de diamètres différents
• Élastiques plats
• (facultatif) Matériel permettant de réaliser une chaîne et des pignons
Pour la classe :
• Un vélo

Lexique

Système de vitesses

Durée

1 h

Question initiale

L’enseignant interroge : On a vu que la chaîne transmettait le mouvement du pédalier à la roue. Y a-t-il des situations où cette transmission est difficile, où l’effort à fournir est plus important ? Assez facilement, les élèves parlent de la difficulté de monter une pente. L’enseignant leur demande alors comment faire, de façon à orienter la discussion vers le système de vitesses.
Les élèves cherchent un moyen, collectivement, permettant de modéliser le système de vitesses. En cas de difficulté, l’enseignant insiste sur la différence qu’il y a entre le petit et le grand pignon : le diamètre. On doit donc pouvoir modéliser cela avec des cylindres de diamètres différents. Il peut également montrer le matériel disponible.

Modélisation (par groupes)

Cette modélisation est similaire à celle présentée à la séance précédente, sauf qu’ici on utilise des cylindres de diamètres différents. Lorsque le cylindre-pédalier entraîne un cylindre-pignon plus petit, le pignon fait plus de tours que le pédalier. C’est l’inverse lorsque le cylindre-pédalier est plus petit que le cylindre-pignon. Des traces au marqueur sur les différents cylindres permettent de se rendre compte du nombre de tours effectués par chacun.
Les élèves réalisent des schémas de leur expérience.

Expérience filmée



Classe de CM2 de Cécile Perrin (Le Kremlin-Bicêtre). Une vidéo est présentée sur le site Internet du projet.

Si possible, l’enseignant distribue alors du matériel permettant de réaliser un mécanisme identique, mais avec une chaîne et des roues dentées.


Classe de CM2 de Kévin Faix(Le Kremlin-Bicêtre)

Mise en commun

Afin de vérifier la compréhension du mécanisme et l’acquisition du vocabulaire, les élèves mettent en relation des éléments du modèle et ceux d’un véritable vélo. Ils retracent : Qui joue le rôle de qui ? Les élèves discutent finalement du rôle des pignons.
Si possible, présenter un vélo à la classe et vérifier en changeant les vitesses que le diamètre du pignon arrière joue un rôle sur le nombre de tours effectués par la roue en 1 tour de pédale. Plus le pignon est petit, plus la roue effectue un grand nombre de tours, et plus la distance parcourue, en 1 tour de pédale, est grande.


Classe de CM2 de Cécile Perrin (Le Kremlin-Bicêtre)

Note pédagogique
Les élèves ont du mal à faire le lien entre distance, temps et vitesse. Pour cette raison, ici, on se concentre sur un seul paramètre : la distance parcourue en 1 tour de pédale. L’effort consenti par le cycliste dépend bien sûr du pignon choisi, mais également du rythme de pédalage. Il en est de même pour la vitesse. à rythme identique, un tour de pédalier demandera plus d’effort avec un petit pignon. En contrepartie, le vélo ira plus vite (puisqu’il aura parcouru une plus grande distance dans le même laps de temps).

Conclusion

La classe élabore une conclusion collective, par exemple : Pour un même pédalier, plus le pignon de la roue arrière est petit, plus on parcourt une grande distance avec un tour de pédale.

 

Prolongement multimedia

Une animation multimedia permet de faire le bilan sur la transmission du mouvement et le système de vitesses dans un vélo. Cliquer ci-dessous pour la lancer.

Le vélo

 

 

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Partenaires du projet

ADEME CASDEN Editions Le Pommier