I.2.2 - Quelle est l’influence du poids, de la pente et de la nature du sol ?

Niveaux conseillés

CE2, CM1, CM2, 6e

Résumé

Les élèves cherchent des facteurs qui rendent plus difficile le déplacement d’une charge. Ils imaginent comment les tester puis mesurent la force nécessaire dans chaque cas.

Notions

• Déplacer une charge nécessite d’appliquer une force.
• On peut utiliser un dynamomètre pour mesurer cette force.
• Déplacer un objet est plus difficile :
– Quand les frottements avec le sol sont importants
– Quand l’objet est lourd
– Quand la pente est raide (en montée)

Modalité d'investigation

Expérimentation

Matériel

Pour chaque groupe :
• 1 dynamomètre (voir séance précédente). Si l’on n’a pas de dynamomètre, utiliser des élastiques.
• Une caisse permettant de mettre une charge (boîte en carton par exemple) et d’accrocher le dynamomètre.
• Suivant le paramètre testé : différents sols (tapis, parquet/carrelage, béton, herbe…), différents objets (livres…), ou une grande planche permettant de faire varier la pente.
• Une photocopie de la fiche 4 (Expérience sur le déplacement d’un objet)

Lexique

Frottement, rugosité, pente

Durée

1 h

Question initiale

Au début de la séance, l’enseignant demande aux élèves de rappeler brièvement l’intérêt du dynamomètre et de refaire une démonstration. Il faut aussi penser à vérifier la mise à zéro de l’outil.
L’enseignant demande ensuite : Qu’est-ce qui peut rendre un déplacement difficile ?
Les élèves pensent au poids (plus c’est lourd, plus c’est difficile à déplacer), à la pente (plus elle est raide, plus c’est difficile), à la nature du sol (une surface lisse glisse mieux)…
Collectivement, la classe définit un protocole permettant de tester ces différents paramètres : chaque groupe va tester un paramètre à l’aide des dynamomètres (voir ci-dessous).

Note pédagogique
Cette séance est intéressante pour travailler un aspect essentiel de la méthode expérimentale : ne faire changer qu’un paramètre à la fois (l’enseignant peut demander : « Si, dans une même expérience, on a fait varier à la fois le poids et la pente, comment conclure ? »). C’est particulièrement frappant quand on teste plusieurs charges différentes : il faut prendre garde à ne pas faire varier la surface de contact ni la rugosité de l’objet… d’où l’intérêt d’utiliser une boîte dans laquelle on place ces objets : la surface et le matériau de la boîte restent constants.
Pour gagner du temps, il peut être intéressant de distribuer une fiche documentaire destinée à recueillir les résultats des mesures des différents groupes (fiche 4).

Expérimentation (par groupes)

La classe est répartie en plusieurs groupes, chaque groupe testant un seul paramètre (sol, pente, poids… et d’autres paramètres éventuellement proposés par les élèves). Les mesures sont relevées sur la fiche 4.

Groupe « sol »

Différents sols sont utilisés : parquet/carrelage/béton/herbe/tapis, etc.


Classe de CM1/CM2 de Sylvie Rebet (Megève)

Il est possible que le dynamomètre de 10 newtons ne suffise pas dans certaines situations : attention au poids de l’objet ! On pourra utiliser au besoin des dynamomètres de 5 N ou 50 N.


Classe CP-CE1-CE2-CM1-CM2 de Marion Olivier et Marie Mellet (Paris)

Groupe « pente »

Pour faire varier la pente, on peut par exemple utiliser une grande planche que l’on incline plus ou moins. On peut alors mesurer, dans les différentes situations, la force nécessaire pour tirer la boîte.



Classe de CM2 d’Anne-Marie Lebrun (Bourg-la-Reine)

Groupe « charge »

Enfin, pour faire varier le poids, on peut utiliser une boîte que l’on leste plus ou moins (cela permet de garder les autres paramètres identiques, comme la forme, la surface ou la rugosité). Ce groupe risque d’avoir fini avant les deux autres ; il peut dans ce cas tester un autre paramètre.


Classe de CM1/CM2 de Sylvie Rebet (Megève)
Situation Force exercée
(N)
Caisse sans livre 0.25
Avec 3 livres 2.5
Avec 6 livres 8
Avec 8 livres 10

 

Mise en commun

Un élève de chaque groupe présente au tableau les mesures réalisées. Les élèves récapitulent les mesures sur la fiche 4.
Les élèves discutent de l’influence des différents facteurs.

Conclusion

La classe élabore une conclusion collective, par exemple : Certains paramètres rendent le déplacement d’un objet plus difficile : les frottements avec le sol, le poids de l’objet, la pente (en montée).
Cette conclusion peut être enrichie d’une discussion, non pas sur les résultats eux-mêmes, mais sur la façon dont on les a obtenus : par l’expérimentation. Une expérience scientifique doit répondre à plusieurs critères : en premier lieu la reproductibilité (si plusieurs groupes font la même expérience, ils sont censés obtenir des résultats similaires), en second lieu la séparation des paramètres (pour pouvoir conclure, il ne faut avoir fait varier qu’un seul paramètre à la fois).
Ainsi, cette séance peut être une bonne introduction à une réflexion sur la nature de la science.

Prolongement possible

On peut exploiter les résultats de cette séance pour travailler, en mathématiques, sur la représentation des données (diagrammes).

Note scientifique
Le frottement peut être, selon les cas, considéré comme « résistant » ou « moteur ».
En effet, lorsque l’objet est propulsé par un dispositif externe à lui-même (exemple : un objet que l’on pousse), les frottements agissent comme un frein. Diminuer ces frottements est donc indispensable pour faciliter le déplacement.
Au contraire, lorsque l’objet se propulse « par lui-même » (exemple : une voiture ou un piéton), les frottements (ici entre la roue et le sol, ou entre le pied et le sol) permettent de transmettre l’effort entre le dispositif moteur (la roue, le pied) et le sol. Les frottements sont alors indispensables au déplacement. Quand ceux-ci sont absents ou très faibles (exemple : sur du verglas), les roues patinent, les pieds glissent : l’objet n’avance pas.

 

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Partenaires du projet

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