I.2.3 - L’invention de la roue

Niveaux conseillés

CE2, CM1, CM2, 6e

Résumé

Après avoir compris que certains facteurs pouvaient rendre un déplacement plus difficile, la classe constate que l’utilisation de rondins ou de roues permet de limiter les frottements et donc de rendre le déplacement plus efficace.

Notions

• Déplacer une charge nécessite d’appliquer une force.
• Il est possible d’utiliser un dynamomètre pour mesurer cette force.
• Avant l’invention de la roue, on pouvait déplacer des charges lourdes à l’aide de rondins.
• La roue est un moyen efficace pour déplacer des objets.

Modalité d'investigation

Expérimentation

Matériel

Pour chaque groupe :
• 1 dynamomètre (voir séance précédente). Si l’on n’a pas de dynamomètre, utiliser des élastiques.
• Un objet lourd (par exemple la caisse de la séance précédente, lestée)
• une photocopie de la fiche 5 (L’invention de la roue)
• Plusieurs rondins de même diamètre (manches à balais, pieds de chaise cylindriques, craies, bâtons de colle…)
• Un support roulant : un chariot, un skate-board, un diable…

Lexique

Rouler, glisser, levier, support

Durée

1 h

Question initiale

Après avoir fait rappeler les conclusions de la séance précédente, l’enseignant repose le problème : comment faisaient les hommes préhistoriques pour déplacer des charges très lourdes (un menhir par exemple) ?
Certains élèves pensent qu’ils les mettaient sur des roues, mais, pour la plupart, l’invention de la roue est postérieure ; ils évoquent donc des rondins.
Collectivement, on imagine une expérience permettant de vérifier qu’il est plus facile de déplacer une charge à l’aide de rondins ou de roues.

Notes scientifiques
• Attention : ici, il faut un peu de méthode pour ne pas faire varier plusieurs paramètres à la fois. Le protocole souvent imaginé par les élèves consiste à prendre un objet, mesurer la force pour le déplacer, puis le même objet, mais posé sur un skate-board, ou posé sur des rondins. Ici, on fait varier un 2e paramètre : la masse déplacée (objet dans un cas, objet + skate-board dans l’autre cas).
• Une solution peut être de placer le skate-board dans les 2 expériences : dans un cas, l’objet est placé sur le skate-board ; dans l’autre cas, l’objet est placé sous le skate-board. Ainsi, la charge déplacée est la même.
• Dans ce cas, on garde un problème avec les rondins : on ne peut pas les placer sur l'objet. Il est préférable donc, de réaliser 2 expériences séparées :
– Objet seul / objet seul sur les rondins (ici, on teste l’effet des rondins). Cette expérience peut être réalisée en premier, car la question du poids ne se pose pas : elle est donc plus simple à concevoir.
– Objet sous le skate-board / objet sur le skate-board (ici, la charge est la même, on teste l’effet des roulettes).

Expérimentation (par groupes)

En fonction des dynamomètres (suivant qu’ils sont tarés pour 5, 10 ou 50 N), on a intérêt à prendre des charges plus ou moins lourdes.

Expérience « rondins »


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

Les élèves présentent leurs résultats et les notent dans le tableau récapitulatif de la séance précédente.

Situation Force exercée (N)
Sans aide 20
Avec les rondins 4.5

Expérience « roue »


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

Situation Force exercée (N)
Sans aide
(avec le skate retourné, et sur la charge)
20
Avec des roues
(avec le skate posé à l’endroit, et sous la charge)
4

Mise en commun

La mise en commun permet de mettre en évidence l’avantage à la fois des rondins et des roues : cela réduit beaucoup la force nécessaire au déplacement.
La discussion peut alors porter sur la comparaison roues / rondins. L’inconvénient des rondins, c’est qu’il faut régulièrement les replacer à l’avant de l’objet quand celui-ci avance. Cette manipulation n’est pas nécessaire avec la roue.

Étude documentaire (individuellement)

L’enseignant distribue une photocopie de la fiche 5 (L’invention de la roue), qui est lue par les élèves et résumée collectivement.

Conclusion

La classe élabore une conclusion collective, par exemple : On peut utiliser des rondins pour faciliter le déplacement d’une charge mais la roue est un moyen plus efficace pour déplacer une charge lourde.


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

Prolongements possibles

Cette courte séquence sur la roue peut être prolongée par une séance portant sur l’intérêt de l’ajout du pneumatique à la roue. Ce pneumatique augmente l’adhérence au sol, que l’on peut tester par exemple à l’aide de deux canettes dont une entourée de plusieurs gros élastiques (les élastiques, en caoutchouc, modélisent le pneu). Une personne fait tourner une canette sur son axe, rapidement, avant de la lâcher sur la table : celle qui est entourée d’élastiques adhère rapidement à la table et avance, tandis que l’autre, qui n’a pas d’élastique, « patine ».
L’autre intérêt du pneumatique est d’amortir les chocs, chose que l’on peut tester en faisant rouler une roue de vélo, avec ou sans pneumatique, sur un sol accidenté.

 

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