Travailler sur la lumière : des objets qui contiennent des miroirs

Construction d'objets
Auteurs : Equipe La main à la pâte(plus d'infos)
Résumé :
Les élèves travaillent sur des objets géométriques grâce à la réalisation d'un kaléidoscope et d'un périscope.
Publication : 11 Décembre 2013
Matériel :


 

Fabriquer un kaléidoscope ou un périscope : quel intérêt ?

Plusieurs approches sont possibles : le démontage d’un objet du commerce, ou encore la réalisation de prototypes à partir de conceptions enfantines.

Extrait des programmes de mathématiques C3: Si les compétences attendues en fin de cycle ne concernent que quelques figures et solides, les problèmes proposés portent sur d’autres objets : quadrilatères particuliers tels que le trapèze, le “cerf-volant”, le parallélogramme ; solides tels que le prisme, la pyramide, la sphère, le cylindre, le cône.
Les projets de programme de 2008 confirment ces points. 
Les deux réalisations proposées permettent de travailler sur ces objets mathématiques, mais aussi offrent à l’élève un va-et-vient entre constructions en 3 dimensions, représentations en 2 dimensions, qu’elles soient des développements ou des « images ».
Les élèves identifieront les différentes faces des solides, apprendront à les désigner, les qualifier. Ils pourront ainsi étudier les différences entre les développements de prisme, et de parallélépipède (non rectangle pour le périscope), mais aussi faire des comparaisons avec les cylindres, formes dans lesquelles ils souhaitent dissimuler les miroirs de leur kaléidoscope.
L’enseignant peut aussi présenter un objet qu’il a construit, et que les enfants doivent reproduire. (Des plans de fabrication sont proposés plus bas)
Au cycle 2, les premiers essais consistent à prendre le gabarit de l’objet, et à découper dans du carton les différentes faces ; ils permettent d’engager un travail sur les faces d’un solide. On peut compliquer la situation en demandant « Comment obtenir un patron d’un seul morceau pour éviter d’utiliser du ruban adhésif ? » Plusieurs essais sont alors  nécessaires. 

Au cycle 3, l’ensemble du patron sera à imaginer, ou à adapter à la dimension d’un miroir, à partir d’un modèle fourni.

Réalisation du kaléidoscope

Il n'est pas indispensable que le corps du kaléidoscope soit cylindrique. Avec des élèves, les difficultés techniques concernent les faces triangulaires qui permettent de fermer le prisme. D’un côté le triangle est percé d’un trou, par lequel l’utilisateur regardera. Il s’agit de placer le trou au centre du triangle. De l’autre côté, le boîtier pourra être constitué de deux épaisseurs de papier calque contenant des paillettes, et séparées par un petit triangle de carton. (Eviter le plastique, l’électricité statique entraverait le déplacement de certains objets.

Matériel :

  • une feuille de carton
  • un petit morceau de papier cellophane
  • des petits objets colorés (paillettes)
  • ruban adhésif  

Si l’on ne dispose pas de papier miroir, compte tenu des arêtes coupantes des miroirs, c’est l’enseignant qui les associe par trois à l’aide de ruban adhésif pour former un prisme.

Volontairement, les « languettes permettant la fermeture du kaléidoscope ne sont pas représentées. Un des tâches possibles des enfants pourra être d’imaginer, avant construction, le nombre et l’emplacement des languettes à prévoir.

Plusieurs solutions sont possibles.

Télécharger le plan au format pdf

Réalisation du kaléidoscope

Fiche de fabrication pour l’enseignant

Au cycle 3, l’ensemble du patron sera à imaginer, ou à adapter à la dimension d’un miroir, à partir d’un modèle fourni.

Le modèle à adapter à la taille des miroirs peut être le plus simple possible, tel celui-ci :

Télécharger le document au format pdf
Cependant, le maître devra garder à l’esprit les contraintes suivantes, selon que les miroirs utilisés sont carrés ou rectangulaires.

Télécharger le modèle pour miroir carré
Télécharger le modèle pour miroir rectangulaire

Partie 1
On y collera les miroirs.
L’oculaire doit être placé face au « centre » du miroir, dans la position qu’il aura lorsque le périscope sera assemblé.
Le plus simple est de repérer l’horizontale « repère », et de tracer les diagonales du quadrilatère dans lequel on centre l’oculaire.


Parties 2 et 4
La longueur des obliques est égale à a. On trace des angles de 45°.
Avec des élèves, on peut travailler sur papier quadrillé, et le report de la longueur « a » peut se faire au compas.


Partie 3

Ne pas oublier les onglets qui permettront la finition par collage. La fenêtre doit être la plus large possible. La longueur c est à prévoir la plus grande possible, cependant, attention à  la rigidité : le périscope doit permettre de porter les miroirs sans se plier !

Matériel nécessaire

  • 1 feuille de carton de couleur sombre ;
  • 1 paire de ciseaux ;
  • 1 double décimètre ;
  • 1 rouleau de ruban adhésif sombre ;
  • Adhésif double face ou colle forte ;
  • 2 petits miroirs

Une fois la boîte fermée, assurer l'étanchéité à la lumière avec l'adhésif sombre.

Le praxinoscope

Construire et utiliser un praxinoscope

- des miroirs pour donner l’illusion du mouvement
Combiner la multiplication des miroirs, des objets et la persistance rétinienne permet d’envisager la construction d’un praxinoscope préparé par le maître.
La tâche des élèves peut alors être de concevoir les bandes à faire tourner sur le praxinoscope : il s’agit de trouver la mesure de la circonférence du cercle, de découper une bande rectangulaire de cette longueur (et ayant pour largeur la hauteur des miroirs) et d’y espacer régulièrement les dessins à animer. Belle activité géométrique et artistique !
voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Praxinoscope et http://praxinoscope.free.fr/mecaniqueA.html )

 

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