Pourquoi certains matériaux flottent-ils naturellement et d'autres coulent-ils naturellement dans l'eau ?
Compétences et capacités évaluées :
S'APPROPRIER : connaître des matériaux qui flottent ou qui coulent naturellement RÉALISER : expérience de flottabilité
COMMUNIQUER : masse des 3 objets
COMMUNIQUER : influence de la masse ou non
VALIDER : explication de l'influence de la masse ou non VALIDER : explication de la flottabilité
1) Donner des matériaux qui flottent naturellement et des matériaux qui coulent naturellement SELON
VOTRE AVIS. S'APPROPRIER (0,5)
Flottent : bois, les plastiques ; Coulent : le métal, le béton
0,25 pour flottent (si au moins 2) et 0,25 pour coulent (si au moins 2) ; 0,25 si un de chaque
2) Protocole expérimental. RÉALISER (1,5)
COMMUNIQUER (0,75)
• Mettre de l'eau du robinet dans la cuve sur une hauteur de 10 cm environ.
• Plonger les différents matériaux que vous avez au fond de la cuve et noter ceux qui flottent et ceux qui coulent : Pas mis au fond : -0,5
◦ morceau de plastique 1 : COULE
◦ morceau de plastique 2 : FLOTTE
◦ morceau de plastique 3 : COULE
◦ morceau de plastique 4 : FLOTTE
◦ morceau de plastique 5 : FLOTTE
◦ morceau de plastique 6 : COULE
◦ morceau de plastique 7 : COULE
◦ tomate : FLOTTE
◦ kiwi : COULE
◦ écrou de 8 : COULE
• Enlever les matériaux et les sécher puis, avec la balance, mesurer :
◦ La masse de la tomate : …...
◦ La masse du kiwi : …...
◦ La masse de l'écrou de 8 : …...
3) Questions.
a) La masse a-t-elle une influence sur la flottabilité du matériau ? Justifier. COMMUNIQUER (0,25) VALIDER (0,5)
NON (0,25) puisque la tomate flotte et que l'écrou non alors que la tomate a une plus grande masse que l'écrou. (0,5)
b) Répondre à la problématique 1 : dans l'eau, pourquoi certains matériaux flottent-ils naturellement et d'autres coulent-ils naturellement ? (aide : comparer les masses, les "grosseurs" etc")
VALIDER (1)
Cela dépend de leur masse en fonction de leur volume c'est à dire de leur masse volumique. Si la masse volumique est supérieure à celle de l'eau, le matériau coule. S'il est inférieur à celle de l'eau, le matériau flotte.
(0,25) si seulement matière
Problématique 2 (SUR 3,5)
Comment faire flotter un matériau qui coule naturellement ?
Compétences et capacités évaluées :
ANALYSER : proposer un moyen de faire flotter un matériau qui coule RÉALISER : expérience de la flottabilité des formes
COMMUNIQUER : forme(s) qui flotte(nt)
ANALYSER : proposer une raison pour qu'une forme flotte ou coule
1) Donner VOTRE AVIS sur la problématique 2. ANALYSER (0,25)
Peu importe
Appel n°1 : appeler l'enseignant pour lui montrer votre avis et la réponse à la question 3b de la page 2 (la page précédente !!!).
2) Protocole expérimental. RÉALISER (2,5)
• 3 morceaux de pâte à modeler de 50 g chacun sont sur la paillasse.
• Donner à un morceau la forme d'une boule, à un deuxième la forme d'une galette et à un troisième la forme d'un "bon" bateau.
• Mettre successivement les 3 formes sur l'eau de la cuve.
• Répondre à la question 3a) ci-dessous puis sécher rapidement les 3 morceaux de pâte à modeler.
3) Questions :
a) Quelle(s) forme(s) ne coule(nt) pas ? COMMUNIQUER (0,25)
Le bateau (éventuellement la galette)
b) Répondre à la problématique 2 : comment faire flotter un matériau qui coule naturellement ? VALIDER (0,25) En changeant sa forme.
Sur quoi la forme du matériau influe-t-elle ?
Compétences et capacités évaluées : ANALYSER : choix personnel RÉALISER : expérience
COMMUNIQUER : résultats de l'expérience VALIDER : influence de la forme du matériau
1) A VOTRE AVIS. ANALYSER (0,25)
Quelle forme choisiriez-vous pour faire flotter un maximum d'écrous : bécher 50 mL, bécher 100 mL ou coupelle ?
Peu importe
Appel n°2 : appeler l'enseignant pour lui montrer votre avis.
2) Protocole expérimental. RÉALISER (3)
• Dans la cuve, enlever puis remettre de l'eau du robinet sur une hauteur de 10 cm environ.
• Noter au feutre la hauteur d'eau sur votre cuve. Juste avant immersion : -1 si non respecté 1e fois
• Poser (en le tenant si nécessaire) le bécher 50 mL sur l'eau (attention à ce que de l'eau ne rentre pas dedans) puis le remplir d'écrous jusqu'à ce qu'il s'immerge. Noter juste avant l'immersion la hauteur d'eau sur la cuve.
• Mesurer la masse totale d'écrous mise juste avant l'immersion.
• Recommencer le même protocole pour le bécher 100 mL et la coupelle en plastique.
Masse totale d'écrous bécher 50 mL : …... Masse totale d'écrous bécher 100 mL : …...
Masse totale d'écrous coupelle : …...
3) Questions. COMMUNIQUER (5*0,25)
a) Pour quelle forme la hauteur d'eau au moment de l'immersion est-elle la plus élevée ? Bécher 100 mL
b) Pour quelle forme la masse d'écrous ajoutés est-elle la plus importante ? Bécher 100 mL
c) Donner le volume du bécher 50 mL : 50 mL
d) Donner le volume du bécher 100 mL : 100 mL
e) Donner le volume de la coupelle en plastique : 60 mL
f) Répondre à la problématique 3 : sur quoi la forme du matériau influe-t-elle ? (aide : regarder vos traits
sur la cuve) VALIDER (1)
La forme du matériau influe sur le volume d'eau déplacé
0,5 si niveau d'eau ou hauteur d'eau ou masse que l'on peut mettre à l'intérieur
Problématique 4 (SUR 5,25)
Pourquoi flotte-t-on mieux dans la mer que dans la piscine ?
Compétences et capacités évaluées :
ANALYSER : proposer une explication sur la différence de flottabilité à la piscine et à la mer RÉALISER : expérience
COMMUNIQUER : valeurs trouvées lors de l'expérience ANALYSER : différences entre eau du robinet et eau salée VALIDER : influence de la composition de l'eau
1) Donner votre avis sur la problématique 4. ANALYSER (0,25)
Peu importe
2) Protocole expérimental. RÉALISER (2)
COMMUNIQUER (1,25)
• Mesurer le poids de la masse de 100 g dans l'air.
P(100 g dans air) = 1N
• Remplir l'éprouvette graduée d'eau du robinet jusqu'à 200 mL.
• Avec la balance, mesurer la masse de l'éprouvette contenant 200 mL d'eau du robinet.
m(éprouvette + 200 mL d'eau) = …...
• Faire l'expérience décrite par le schéma ci-contre avec une masse de 100 g immergée.
• Noter la valeur du dynamomètre.
P(100 g dans eau) = 0,9 N environ
• Recommencer l'expérience en remplaçant l'eau par l'eau salée après avoir remué la bouteille.
• Noter la masse de l'éprouvette contenant 200 mL d'eau salée.
m(éprouvette + 200 mL d'eau salée) = …...
• Noter la nouvelle valeur du dynamomètre.
P(100 g dans eau salée) = 0,85 N environ
Appel n°3 : appeler l'enseignant pour lui montrer vos réponses et la réponse à la question 3f de la page 4
3) Questions : COMMUNIQUER (0,25)
ANALYSER (0,5) VALIDER (1)
a) Pour quelle eau (du robinet ou salée), la valeur lue au dynamomètre est-elle la plus faible ? (0,25) La valeur est plus faible pour l'eau salée.
b) Qu'est-ce qui différencie l'eau du robinet et l'eau salée (revoir l'expérience) ? (0,5) La masse volumique, plus élevée dans eau salée que dans l'eau du robinet
0,25 si seulement eau salée et eau comme différence ou sel ou eau salée plus lourde c) Répondre à la problématique 4 : pourquoi flotte-t-on mieux dans la mer que dans la piscine ?
L'eau de mer est salée (0,25) donc on est plus poussé vers le haut (ou cela favorise la poussée) 0,75
pourquoi un bateau flotte-t-il et pourquoi peut-il couler ?
Compétences et capacités évaluées :
COMMUNIQUER : facteurs influençant la flottabilité d'un matériau VALIDER : réponse à la problématique générale
1)
Quels sont les facteurs qui influencent la flottabilité d'un matériau ? COMMUNIQUER (0,75) Les facteurs sont :
masse volumique du matériau (problématique 1)
volume d'eau déplacé (par la forme du matériau) (problématique 3) masse volumique du liquide déplacé (problématique 4)
2) Répondre à la problématique générale. VALIDER (1)
Il flotte grâce à sa forme qui permet d'augmenter le volume de la partie immergée dans l'eau donc d'augmenter la poussée exercée par l'eau. 0,5
Il coule si son poids devient supérieur à la poussée exercée par l'eau 0,5 Il se remplit d'eau = 0,25 ; sa masse volumique ou sa densité augmente = 0,25
