Construire une maquette de funiculaire

Auteurs : CHRISTOPHE MELON(plus d'infos)
Résumé :
[Séquence] - Les élèves visitent un funiculaire désaffecté. Ils décident ensuite d'en construire une maquette et de présenter celle-ci lors d’une exposition dans le but de convaincre la population du quartier de l’intérêt d’une remise en service de ce mode de transport économe en énergie fossile.
Objectif :
Comprendre un problème technique, élaborer un schéma de prototype pour le résoudre. Fabriquer un prototype, déterminer des critères pour l’évaluer et le tester. Travailler en coopération pour élaborer une solution. Observer, analyser, isoler des systèmes de fonctionnement (mouvements, équilibres, poulies, engrenages)
Durée :
30 séances
Matériel :
  • divers : carton, polystyrène, lattes de bois de différentes longueurs et épaisseurs, planches épaisses, rondins, morceaux de madrier, prismes en bois, poids et masselottes, cartons de livres..
  • matériel Lego Dacta
  • masses marquées
Copyright :
Creative Commons France. Certains droits réservés.

 

Travail réalisé par la classe de CM2 de Mr Christophe MÊLON de l'école de Bregille-Plateau (Doubs)

Dans le cadre de la sensibilisation au développement durable et aux moyens de transport collectifs économes en énergie fossile, les élèves visitent le funiculaire désaffecté de Bregille. Ils recueillent les témoignages d’anciens usagers du funiculaire et débattent ensuite de l’intérêt d’une remise en service de ce mode de transport. Ils décident alors de construire une maquette de funiculaire et de la présenter lors d’une exposition dans le but de convaincre la population du quartier de l’intérêt d’un funiculaire.
Construire une colline légère et transportable, construire des wagons dont le plancher est horizontal, tracter et guider les wagons, entraîner le câble tracteur par une manivelle, rembobiner le câble tracteur sans que celui-ci ne glisse sont autant de problèmes techniques à résoudre qui sont l’occasion d’étudier les leviers, les engrenages, les poulies, de mener des recherches documentaires, d’expérimenter; de dessiner, de schématiser.
Des photos témoignent des essais, erreurs, améliorations successives, ainsi que de l’importance du travail en groupe.

Démarche pédagogique

Séquence 1 : Qu’est-ce qu’un funiculaire ?

Les élèves visitent l’ancien funiculaire de Bregille. Ils dessinent et schématisent le site. Puis ils exploitent la visite en classe. lls font des recherches documentaires et complètent leurs dessins



Séquence 2 : A quoi sert un funiculaire ?

Une enquête est menée auprès des habitants du quartier qui étaient des usagers du funiculaire. Puis les élèves débattent autour de la question "Quels sont les avantages et les inconvénients du funiculaire? Faudrait-il le remettre en service ?" A la fin du débat, ils décident de construire une maquette de funiculaire et de présenter cette maquette lors d'une exposition dans le but de convaincre la population du quartier sur l’intérêt d’un funiculaire. 
 

Séquence 3 : Comment soulever des choses lourdes ?

Il faut trouver un moyen de monter les wagons du funiculaire en haut de la colline. Les élèves réalisent tout d'abord des équilibres avec des planches de bois et des masses marquées. La flexibilité des fléaux leur pose un problème : les fléaux flexibles sont remplacés par des fléaux rigides. Les difficultés rencontrées et les solutions trouvées sont mises en commun.

Afin de faire découvrir aux élèves l'effet de la longueur des bras de levier, le maître lance alors trois défis successifs aux élèves : 
- soulever une masse de 2kg avec la masse la plus petite possible,
- soulever un carton de livres à la force du seul bras de l'enfant qui a le plus petit gabarit de la classe,
- soulever le maître à la force d’un bras.
Il sagit à chaque fois de soulever des charges lourdes avec le moins d'effort possible.Le troisième défi est relevé  presque instantanément ! 
Les élèves schématisent leurs expériences er concluent que l'effort doit être exercé loin du pivot.
La conclusion précédente est ré-investie pour réaliser à nouveau des équilibres avec le matériel Lego Dacta.



Mais le système de levier n'est pas utilisé dans le funiculaire visité. Il faut donc chercher un autre système pour tracter les wagons.
 

Séquence 4 : Et si on utilisait des engrenages ?

Les élèves réalisent des montages avec les poulies et les engrenages du matériel Lego Dacta, ce qui leur permet de découvrir  la fonction des engrenages : modifier la vitesse de rotation, changer la direction de l'axe de rotation. Ils décident alors de les utiliser pour entraîner le câble tracteur des wagons du funiculaire. Chaque groupe fait une proposition.
Les différentes propositions sont testées collectivement et une d'entre elles est choisie à l'issue des tests.
Le système est actionné manuellement par une manivelle. La solution du bandage élastique est choisie pour permettre à la poulie d'agripper le câble tracteur.  



 

Séquence 5 : Plan de la maquette


  Les élèves commencent par faire un dessin de la maquette. Les premiers essais ne sont pas encore des schémas mais insistent sur un détail technique pertinent comme l'engrenage moteur. Les plans sont ensuite améliorés et les éléments qui font encore défaut (les rails, les gares, les poulies de guidage, les wagons, la colline) sont définis.
"Comment permettre le croisement des wagons sur un rail commun?", "Comment fabriquer le plancher horizontal du wagon? ", "Comment construire une colline légère?" sont des problèmes surmontés par des recherches documentaires et des essais successifs.
 

Séquence 6 : Construction de la maquette


La colline est fabriquée par un empilement de plaques en polystyrène expansé. Elle est tout d'abord décorée de feuillage mais le funiculaire disparaît sous la verdure. Le feuillage est remplacé par une "moquette" faite de débris végétaux collés sur des feuilles de plastique adhésives. 
Fabriquer une carrosserie de wagon qui respecte l'horizontalité des voyageurs pose un problème qui est résolu par l'utilisation de carton fixé sur du matériel Lego. Les gares sont construites en dernier.


 

Séquence 7 : Préparation et tenue de l’exposition


Séquence 8 : Préparation de l’exposition « Représente Bregille dans le futur » à la maison de quartier

Les représentations de Bregille dans le futur sont échangées entre les élèves au cours d'un débat. Puis chacun rédige une description et dessine sa vision des choses en vue de parvenir à une affiche commune    

 

 Voir l’intégralité du dossier au format .pdf de 8 pages, vous pourrez sélectionner les pages à imprimer (3.5Mo) 
 

Voir aussi pour étudier les engrenages
Activités : 
Les engrenages (Matériel didactique)

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