Pour les membres de l’équipe Sciences-IA30, Monsieur Patrick CÉNENT, IEN de la circonscription de Manduel

26, rue de la République 30129 Manduel

04 66 59 92 12 04 66 59 92 13 ce.0300070n@ac-montpellier.fr

Nîmes, le 1 juillet 2011

Monsieur Patrick CÉNENT IEN de la circonscription de Manduel

Responsable de la mission Sciences IA30

à Mesdames et Messieurs les inspecteurs de l’Education nationale

Mesdames et Messieurs les conseillers pédagogiques de circonscription du département du Gard.

Le groupe départemental Sciences-IA30 tient tout d’abord à vous remercier pour votre implication dans les défis scientifiques mis en place depuis l’année scolaire 2004-2005 et dont le seul but est de vous aider à développer l’enseignement des activités scientifiques et technologiques et favoriser les liaisons inter- écoles et école-collège.

En cinq ans, nous sommes en effet passés de 88 à 118 classes du département qui ont participé à cette manifestation. Nous avons décidé de reconduire l’organisation de deux projets départementaux réunis sous l’appellation « OSONS LES SCIENCES » pour l’année scolaire 2011-2012.

Ce courrier a pour but de vous donner toutes les précisions nécessaires concernant les thèmes retenus et les modalités d’organisation.

Les principes retenus :

- Un projet réalisable, peu coûteux, qui ne fasse pas peur à des enseignants peu sûrs d’eux.

- Un projet de proximité afin d’encourager les liaisons GS-CP, CM2-6^ème, entre groupes scolaires de proximité, internes à l’école, etc.

Pour les membres de l’équipe Sciences-IA30,

Monsieur Patrick CÉNENT, IEN de la circonscription de Manduel

OBJECTIFS :

Les instructions officielles de JUIN 2008 rappellent :

Cycle 1 :

DÉCOUVRIR LE MONDE

À l’école maternelle, l’enfant découvre le monde proche ; il apprend à prendre et à utiliser des repères spatiaux et temporels. Il observe, il pose des questions et progresse dans la formulation de ses interrogations vers plus de rationalité. Il apprend à adopter un autre point de vue que le sien propre et sa confrontation avec la pensée

« OSONS LES SCIENCES ! » (Année scolaire 2011-2012)

PROJETS SCIENTIFIQUES CYCLES 1, 2 ET 3 :

− BIOLOGIE : «CA GROUILLE LÀ-DESSOUS !»

− PHYSIQUE/TECHNOLOGIE : «CA BALANCE PAS MAL !»

grâce au langage et à des formes variées de représentation (dessins, schémas). Il commence à comprendre ce qui distingue le vivant du non-vivant (matière, objets).

Découvrir les objets

Les enfants découvrent les objets techniques usuels (lampe de poche, téléphone, ordinateur...) et comprennent leur usage et leur fonctionnement : à quoi ils servent, comment on les utilise. Ils prennent conscience du caractère dangereux de certains objets.

Ils fabriquent des objets en utilisant des matériaux divers, choisissent des outils et des techniques adaptés au projet (couper, coller, plier, assembler, clouer, monter et démonter ...).

Découvrir la matière

C’est en coupant, en modelant, en assemblant, en agissant sur les matériaux usuels comme le bois, la terre, le papier, le carton, l’eau, etc., que les enfants repèrent leurs caractéristiques simples.

Découvrir le vivant

Les enfants observent les différentes manifestations de la vie. Élevages et plantations constituent un moyen privilégié de découvrir le cycle que constituent la naissance, la croissance, la reproduction, le vieillissement, la mort.

Ils découvrent les parties du corps et les cinq sens : leurs caractéristiques et leurs fonctions. Ils sont intéressés à l’hygiène et à la santé, notamment à la nutrition. Ils apprennent les règles élémentaires de l’hygiène du corps. Ils sont sensibilisés aux problèmes de l’environnement et apprennent à respecter la vie.

À la fin de l’école maternelle l’enfant est capable de :

- reconnaître, nommer, décrire, comparer, ranger et classer des matières, des objets selon leurs qualités et leurs usages ;

- connaître des manifestations de la vie animale et végétale, les relier à de grandes fonctions : croissance, nutrition, locomotion, reproduction ;

- nommer les principales parties du corps humain et leur fonction, distinguer les cinq sens et leur fonction ; - adapter son geste aux contraintes matérielles (instruments, supports, matériels) ;

- utiliser le dessin comme moyen d’expression et de représentation - réaliser une composition en plan ou en volume selon un désir exprimé - observer et décrire des œuvres du patrimoine, construire des collections

Cycle 2 :

DÉCOUVERTE DU MONDE

Au CP et au CE1, les élèves ont un accès plus aisé aux savoirs grâce à leurs compétences en lecture et en

mathématiques. Ils acquièrent des repères dans le temps et l’espace, des connaissances sur le monde et maîtrisent le vocabulaire spécifique correspondant. Ils dépassent leurs représentations initiales en observant et en

manipulant.

Les élèves commencent à acquérir les compétences constitutives du brevet informatique et internet (B2i). Ils découvrent et utilisent les fonctions de base de l’ordinateur.

Découvrir le monde du vivant, de la matière et des objets

Les élèves repèrent des caractéristiques du vivant : naissance, croissance et reproduction ; nutrition et régimes alimentaires des animaux. Ils apprennent quelques règles d’hygiène et de sécurité personnelles et collectives. Ils comprennent les interactions entre les êtres vivants et leur environnement et ils apprennent à respecter l’environnement.

Ils réalisent des maquettes élémentaires […] pour comprendre le fonctionnement d’un appareil.

Palier 1 fin du CE1

Compétence 3 : Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique L’élève est capable de :

- observer et décrire pour mener des investigations

Compétence 4 : La maîtrise des techniques usuelles de l’information et de la communication L’élève est capable de :

- commencer à s’approprier un environnement numérique.

Cycle 3 :

SCIENCES EXPERIMENTALES ET TECHNOLOGIE

de la nature et celui construit par l’Homme, d’agir sur lui, et de maîtriser les changements induits par l’activité humaine. Leur étude contribue à faire saisir aux élèves la distinction entre faits et hypothèses vérifiables d’une part, opinions et croyances d’autre part.

Observation, questionnement, expérimentation et argumentation pratiqués, par exemple, selon l’esprit de la Main à la pâte sont essentiels pour atteindre ces buts ; c’est pourquoi les connaissances et les compétences sont acquises dans le cadre d’une démarche d’investigation qui développe la curiosité, la créativité, l’esprit critique et l’intérêt pour le progrès scientifique et technique. Familiarisés avec une approche sensible de la nature, les élèves apprennent à être responsables face à l’environnement, au monde vivant, à la santé. Ils comprennent que le développement durable correspond aux besoins des générations actuelles et futures. En relation avec les enseignements de culture humaniste et d’instruction civique, ils apprennent à agir dans cette perspective. Les travaux des élèves font l’objet d’écrits divers consignés, par exemple, dans un carnet d’observations ou un cahier d’expériences.

L’unité et la diversité du vivant

Présentation de la biodiversité : recherche de différences entre espèces vivantes.

Présentation de l’unité du vivant : recherche de points communs entre espèces vivantes.

Présentation de la classification du vivant : interprétation de ressemblances et différences en termes de parenté.

Le fonctionnement du vivant

Les stades du développement d’un être vivant (végétal ou animal).

Les conditions de développement des végétaux et des animaux.

Les modes de reproduction des êtres vivants Les êtres vivants dans leur environnement

L’adaptation des êtres vivants aux conditions du milieu.

Places et rôles des êtres vivants ; notions de chaînes et de réseaux alimentaires.

L’évolution d’un environnement géré par l’Homme : la forêt ; importance de la biodiversité.

Les objets techniques Leviers et balances, équilibres

Compétence 3 : Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique

A) Les principaux éléments de mathématiques L’élève est capable de :

- estimer l’ordre de grandeur d’un résultat ; - utiliser une calculatrice ;

- reconnaître, décrire et nommer les figures et solides usuels ;

- utiliser les unités de mesure usuelles ; utiliser des instruments de mesure ; effectuer des conversions ; - résoudre des problèmes relevant des quatre opérations, de la proportionnalité, et faisant intervenir différents objets mathématiques : nombres, mesures, “règle de trois”, figures géométriques, schémas ;

- savoir organiser des informations numériques ou géométriques, justifier et apprécier la vraisemblance d’un résultat ;

- lire, interpréter et construire quelques représentations simples : tableaux, graphiques.

B) La culture scientifique et technologique L’élève est capable de :

- pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, questionner ; - manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter ; - mettre à l’essai plusieurs pistes de solutions ;

- exprimer et exploiter les résultats d’une mesure ou d’une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral ;

- maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques ;

- mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante (par exemple, apprécier

l’équilibre d’un repas) ;

- exercer des habiletés manuelles, réaliser certains gestes techniques

Compétence 4 :

La maîtrise des techniques usuelles de l’information et de la communication L’élève est capable de :

- utiliser l’outil informatique pour communiquer ;

- faire preuve d’esprit critique face à l’information et à son traitement.

DESCRIPTIF DES PROJETS SCIENTIFIQUES PROPOSÉS :

« OSONS LES SCIENCES » en biologie cycles 1, 2 et 3 : « Ca grouille là-dessous ! »

Montrer de manière directe (observation des êtres vivants) ou indirecte (existence de conditions de vie, air, eau et nourriture, manifestation de la présence d’êtres vivants : décomposition des feuilles, déplacements de matières, galeries, excréments…) que le sol contient des êtres vivants.

« OSONS LES SCIENCES » en physique/technologie cycles 1, 2 et 3 : « Ca balance pas mal ! »

Cycles 1, 2 et 3 : « Une boule en équilibre avec une boule » : Concevoir et fabriquer un mobile

Cycle 3 (2^ème étape) : « Une lentille blonde pour soulever une pièce d’un euro » :

Concevoir et fabriquer une machine capable de soulever une pièce d’un euro à l’aide d’une seule lentille blonde.

TÂCHES

Les élèves devront construire, expérimenter, tester (…) tout au long de l’année. Un cahier de sciences sera régulièrement tenu. Le jour de la présentation des travaux, des panneaux présenteront des écrits, des schémas, des photos et des textes rédigés sur ordinateur (lien avec le B2I).

On y trouvera :

1. Les étapes de la démarche d’investigation suivie tout au long de la réalisation du défi.

2. Les problèmes rencontrés et les solutions trouvées.

3. Le travail avec un éventuel partenaire.

On préparera en classe la présentation des travaux effectués (stand) : 1. Les objets réalisés (y compris ceux qui n’ont pas abouti).

2. Des activités interactives autour du projet.

3. Éventuellement, une vidéo, un cd-rom, et un diaporama pour éviter d’abîmer la réalisation le jour de la rencontre…

4. Une recherche documentaire (BCD, Internet…) pourra compléter ce travail.

MATÉRIEL

Aucune contrainte au niveau du matériel n’est imposée, hormis un faible coût et une utilisation facile par les élèves.

Il est recommandé de privilégier l’utilisation des matériaux de récupération.

DÉROULEMENT

1. L’inscription des classes participantes se fera au mois de septembre 2011 dans chaque circonscription.

2. Les enseignants recevront une formation et un accompagnement par les conseillers pédagogiques de circonscription (animations pédagogiques, visites de classes).

3. La progression, l’organisation et les activités réalisées sont laissées à l’initiative de l’enseignant.

4. Il serait souhaitable de ne pas se « lancer » dans une recherche documentaire trop tôt dans le projet de

5. Les présentations des travaux seront organisées au cours des mois de mai et juin 2012. Toutes les productions fabriquées pourront être exposées (y compris celles qui n’auront pas été retenues). Les livres de bord et panneaux explicatifs devront être présents.

6. Le transport éventuel restera à la charge des écoles.

Les sites à consulter :

http://www.ac-montpellier.fr/ia30/sciences

http://www.lamap.fr (Voir notamment dans « Documentation » tout ce qui concerne le rôle du maître avant et pendant la classe.)

IUFM site de Nîmes Groupe Départemental Sciences

Découverte du monde Période : Niveau :

TITRE DU PROJET :

Une boule en équilibre avec une boule

Références : IO Cycle 1 : langage

L’enfant s’exprime et se fait comprendre par le langage. Il apprend à être attentif aux messages qu’on lui adresse, à les comprendre et à y répondre.

Dans les échanges avec l’enseignant et avec ses camarades, dans l’ensemble des activités et, plus tard, dans des séances d’apprentissage spécifiques, il acquiert quotidiennement de nouveaux mots dont le sens est précisé,

Découvrir la langue écrite

Les enfants se familiarisent peu à peu avec le français écrit à travers les textes lus quotidiennement par l’enseignant.

Découvrir le monde

l’enfant observe, il pose des questions et progresse dans la formulation de ses interrogations vers plus de rationalité. Il apprend à adopter un autre point de vue que le sien propre et sa confrontation avec la pensée logique lui donne le goût du raisonnement

Les enfants découvrent les objets techniques usuels et comprennent leur usage et leur fonctionnement : à quoi ils servent, comment on les utilise. Ils fabriquent des objets en utilisant des matériaux divers.

Découvrir les formes et les grandeurs

En manipulant des objets variés, les enfants repèrent d’abord des propriétés simples (petit/grand ; lourd/léger). Progressivement, ils parviennent à distinguer plusieurs critères, à comparer et à classer selon la forme, la taille, la masse, la contenance.

IUFM site de Nîmes Groupe Départemental Sciences Matériel :

- Album « Un tout petit coup de main » - Photos de différents types de balançoires - Balances de Roberval ; balance à plateaux - Matériel modulaire (reproduction de la bascule)

- Boules pleines (boules de polystyrène, cochonnets, balles de baby-foot, billes…) identiques => même masse, volume, matière, couleur, température, (odeur ?)…

différentes

- tiges, bouchons, épingles, patafix, pâte à modeler, pâte à sel, bouteilles, ruban adhésif…

- Mobile simple et photos de mobiles

IUFM site de Nîmes Groupe Départemental Sciences N°

des étap es

Rôle dans la démarche d’investigation et

objectif

Matériel à prévoir

Activités conduites avec les élèves

(consignes, questions du maître…)

Conclusion et aboutissement de la séance Type de trace écrite

Formulation élève avec lexique

1

Situation déclenchante : Faire émerger les représentations et connaissances initiales

Construire et utiliser à bon escient le vocabulaire spécifique

Lecture d’albums

 « Un tout petit coup de main » de Ann Tompert, Kaléidoscope

 photos de différents types de balançoire

 Faire verbaliser les élèves à chaque page.

 Page 1 : « connaissez vous d’autres types de balançoires

 Page 2 : la bascule : que va-t-il se passer ?

 Comment expliquer que ça ne se balance pas : la bascule ne bouge pas

Lexique relatif aux balançoires.

Lexique relatif à la bascule : planche pour s’asseoir, pivot au milieu¹ de la planche (axe de rotation),

On peut se balancer quand la planche de la bascule bouge : un coté monte lorsque l’autre descend de chaque coté du pivot. La bascule est en mouvement

La souris est plus petite que l’éléphant² Même si la souris de déplace au bout de la planche, la bascule ne fonctionne pas.

On peut s’attendre à une conclusion du type : les souris doivent jouer avec les souris et les

éléphants avec les éléphants

2

Expérimenter pour savoir : Le

mouvement de la bascule dépend des éléments placés de part et d’autre de l’axe de rotation ; la bascule descend du coté de ce qui est lourd

Problématique : Comment faire pour permettre le mouvement de la bascule avec quelque chose de grand (comme l’éléphant) et autre chose

Manipuler des balances de type Roberval, voir une bascule s’il y en a une dans l’école.

(On peut fabriquer simplement une bascule à l’aide d’un morceau de bois en forme de prisme et une planche (type baguette plate) entaillée au milieu pour éviter le glissement et aux extrémités de laquelle on peut fixer un

La bascule descend du coté du plus lourd (ou du plus grand).

Pour faire monter la grosse boule, il faut mettre des objets dans l’autre plateau

Si on met la boule de l’autre coté, au départ quand on n’a rien rajouté sur l’autre plateau ça penche toujours du coté de la boule

1 La notion de milieu est complexe pour les enfants donc à reprendre plusieurs fois et à expérimenter

2 on accepte plus petit pour l’instant car cette justification est acceptable ici. On précisera le vocabulaire relatif à la masse dans la suite de la séquence

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bouchon de plastique pour un maintien facilité des objets utilisés (sphères) : ou encore avec du matériel modulaire (lego, meccano…))

3

Réinvestir les

découvertes faites en séance 2

Retour à l’album Savoir : repérer des propriétés simples : lourd/léger

L’album Page 3 et suivantes (jusqu’à l’arrivée

du coléoptère)

Faire verbaliser à chaque étape : Est ce que la bascule va se mettre en

mouvement ? conclusion

Dernière page : la bascule se met en mouvement

Précision du lexique : introduction de plus lourd au lieu de plus grand.

Lexique relatif aux animaux (+ girafe, zèbre, lion, ours, crocodile, mangouste, singe, autruche, coléoptère)

Dénombrement des animaux

La girafe est grande et la bascule ne se met pas en mouvement : la girafe n’est pas assez lourde ; la girafe et les autres ne sont pas assez lourds, l’éléphant est plus lourd que tous les autres animaux ensemble, quelle que soit la place qu’ils occupent (la souris se déplace).

Un tout petit animal en plus de tous les autres permet à la bascule de se mettre en mouvement.

4

Défi : une boule avec une boule

« aussi lourd que » Classement (rassemb lement) d’objets de même masse

« plus lourd que »

Se procurer des boules pleines identiques => même masse, volume, matière, couleur, température, (odeur ?)…

différentes

tiges, bouchons, épingles, patafix, pâte à modeler, pâte à sel, boules de polystyrène, cochonnets, balles

Réaliser /expérimenter en considérant comme variable chaque donnée proposée par les élèves.

> identifier les grandeurs pertinentes (la couleur a-t-elle une influence sur le mouvement de la bascule ?) Exemple de la couleur³ :

Faire simultanément 4 systèmes en changeant une couleur sur chacun d’eux (à droite ou à gauche)

(voir document contenus/obstacles et

remédiations, partie relative à l’identification des grandeurs, la différenciation masse/volume, la force).

Une grosse boule n’est pas forcément plus lourde qu’une petite boule.

IUFM site de Nîmes Groupe Départemental Sciences opposition relative

plus lourd/ plus léger Rangement d’objets selon leur masse (du plus léger au plus lourd par exemple) Un objet

volumineux n’est pas forcément plus lourd qu’un objet peu volumineux.

de baby-foot bouteilles, ruban adhésif…

et réaliser des montages

permettant un équilibre entre deux boules

identiques différentes

pour mettre en évidence le fait qu'un seul facteur change : faire des remarques sur la situation

Avant/ après expérimentation (Situation initiale/ finale)

Qu’est ce qui change dans les différences situations expérimentales ?

Qu’est ce que ça a eu comme effet ?

Conclusion : la couleur n’a aucun effet sur la position de la barre horizontale.

La balance penche du coté de l'objet le plus lourd

5

Transfert : la balance à plateau : identifier les similitudes / différences entre la balance à plateau et la bascule

Présenter une balance à plateaux : problème : est-ce que la balance à plateau fonctionne comme la balance (Roberval) ou la bascule ?

Manipulation de balances existantes ou qui peuvent être construites à l’aide d’une tige suspendue sur une bouteille lestée avec des plateaux constitués par des boites de camembert

Relever

Les similitudes : positionnement en fonction des objets placés sur les plateaux ; rôle identique des plateaux ; Les différences :

Les objets sont suspendus par des fils à la planche pour la balance à plateau, posés sur la planche pour la bascule

 la balance à plateaux se met en mouvement comme la bascule : elle penche du coté de l’objet le plus lourd.

 Lexique relatif à la balance à plateaux

6

Savoir qu’un mobile est « équilibré » lorsque le support est horizontal pour les mobiles suspendus, s'il revient à sa position sous l'effet d'une faible force (impulsion) pour un

Présenter un mobile avec deux boules (envisager des photos pour illustrer avec d’autres exemples, Calder entre autres)

Conception et réalisation de mobiles (artistiques, c’est encore mieux !)

 Dans le cas du mobile suspendu et centré:

le mobile est comme une balance à plateaux : il penche du coté de l’objet le plus lourd

 le mobile est équilibré lorsqu’il ne penche pas : les deux objets sont aussi lourds

 Pour que la tige d’un mobile se mette « couchée » (horizontale), il

IUFM site de Nîmes Groupe Départemental Sciences mobile de type

« Calder » : Observer, décrire, analyser des mobiles de deux types

faut que les objets placés de chaque coté pèsent aussi lourd

 Dans le cas du mobile sur support (type

<Calder> : partie mobile simplement posée sur son support fixe)

 le mobile est équilibré lorsque la partie qui bouge peut se balancer et/ou tourner (jusqu’à s’arrêter - s’immobiliser) sans tomber de son support.

 Prolongements possibles :

 la place de l’axe de rotation a une incidence sur l’équilibre du mobile…

Albums : « Bascule » ;

 Réflexion sur le titre « Un tout petit coup de main » et lien avec l’album « la moufle » ; expérimentation autour de la mise en mouvement de bascules (balances de Roberval : balance de précisions) à l’aide de masses de faible valeurs : sensibilité de l’instrument / lutte contre les frottements

 …..

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Découvrir le monde

Découverte d’objets techniques : les balances et balançoires

Découverte des formes et des grandeurs : repérage de propriétés simples. Distinction de

critères, comparaison et classement selon la masse

Notion de milieu Procédures de quantification première approche des quantités Maîtrise de la langue française :

Echanger et s’exprimer autour d’un album et/ou d’une expérience

Nommer les objets et les actions sur les objets

Lexique spécifique relatif à la bascule/

balance/

En mouvement/ immobile petit/ gros/ lourd/ léger/

Equilibre

Percevoir, sentir, imaginer, créer :

Les mobiles de Calder

Fabrication d’objets : les mobiles en utilisant papiers collés, collages en relief, assemblages..

L’équilibre : EPS

avec son corps ; sur une bascule, une poutre un

banc ;

seul ou à plusieurs (acrosport)

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TECHNOLOGIE ^{Période :}

l’année scolaire

Niveau :

TITRE DU PROJET :

Une boule en équilibre avec une boule

Références IO :

Cycle 2 :

DÉCOUVERTE DU MONDE

Au CP et au CE1, les élèves ont un accès plus aisé aux savoirs grâce à leurs compétences en lecture et en mathématiques. Ils acquièrent des repères dans le temps et l’espace, des connaissances sur le monde et maîtrisent le vocabulaire spécifique correspondant. Ils dépassent leurs représentations initiales en observant et en manipulant.

Les élèves commencent à acquérir les compétences constitutives du brevet informatique et internet (B2i). Ils découvrent et utilisent les fonctions de base de l’ordinateur.

Découvrir le monde de la matière et des objets

Ils réalisent des maquettes élémentaires […] pour comprendre le fonctionnement d’un appareil.

Palier 1 fin du CE1

Compétence 3 : Les principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et technologique L’élève est capable de :

- observer et décrire pour mener des investigations

Compétence 4 : La maîtrise des techniques usuelles de l’information et de la communication L’élève est capable de :

- commencer à s’approprier un environnement numérique.

Matériel : Règles plates, crayons, gommes, figurines, autres (voir liste relative au kit de matériel) Documents : Album « Bascule » de Yiuchi Kimura Didier Jeunesse

Fiche connaissance n° 24 / documents d’application des programmes / Scérén 2002

Aide à la mise en œuvre du Défi 2012 : Contenus, obstacles et remédiations / Groupe Sciences IA30 Séquence pour le cycle 1 (une boule en équilibre avec une boule…)

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des étapes

Rôle dans la démarche d’investigation

et objectifs

Matériel à prévoir Activités conduites avec les élèves

Conclusion et aboutissement de la séance

Type de trace écrite Formulation élève avec lexique

1

Situation déclenchante GS et CP début d'année

Faire émerger les représentations et connaissances initiales.

Album « Bascule » de Yuichi Kimura, Didier jeunesse) jusqu'à la page 15

ET

salle de motricité, 1 banc avec 3 pieds et des briques Celda pour réaliser une bascule

Faire verbaliser les élèves au

moment où les deux animaux sont en équilibre. Pourquoi ne doivent-ils plus bouger ?

Faire passer les élèves sur le banc pour qu'ils sentent le moment où ils basculent. Prise de photos des différents moments. Demander aux élèves de prévoir le résultat avant chaque test.

Tenter d’obtenir un équilibre avec 2 élèves (faire ressentir la « fragilité » d’un équilibre : on peut par exemple donner un livre à un des deux élèves, la consigne étant qu'au départ la bascule doit être horizontale et que les élèves ne doivent plus bouger ).

Précautions à prendre pour la sécurité des élèves !

Lorsque le renard est près du pivot et que le lapin est loin, le pont penche vers le lapin.

Lorsque le renard est loin du pivot et que le lapin est loin, le pont penche vers le renard parce que le renard est plus lourd que le lapin.

Comme dans le livre, on peut arriver à tenir en équilibre sur le banc (pont) si on se place correctement de chaque côté du pivot.

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2

Modélisation de la situation mise en jeu dans l’album et éventuellement vécue en EPS Comprendre l’état d’équilibre et en apporter une définition.

Règle plate pour la planche de la bascule (idéalement il faudrait avoir une graduation avec un

« 0 » central.

Crayon de couleur pour le support : pivot. Pour faciliter l’équilibre, veiller à ce que l’« arête » du pivot (zone de contact règle/crayon) ne soit pas trop fine. Préférer par exemple un crayon à section hexagonale à un crayon à section circulaire Des gommes neuves identiques (même masse : on aura pris soin de le vérifier / avec les élèves, c’est mieux !) et différentes (de masse différente) : une « petite » gomme pour le lapin, une

« grosse » gomme pour le renard par exemple

Eventuellement des figurines pouvant modéliser les

animaux…

Faire construire les maquettes de ce qui a été vécu en motricité ou lu dans l'album à l’aide du matériel proposé.

Faire varier les positions des personnages pour retrouver des situations d'équilibre. On demandera aux élèves d'anticiper le mouvement de la bascule à partir de deux objets donnés, d'une part, et ensuite de prévoir quel objet devra être déplacé près du pivot.

Faire schématiser les différentes situations

Comparer les schémas et les faire corriger si nécessaire par une discussion entre pairs.

Construire une première définition de l’équilibre. La rédiger.

Remplacer le renard par un autre lapin, par 2 lapins, 3 lapins etc… : Faire opérer les déplacements pour obtenir de nouvelles situations d’équilibre. Mesurer les distances au pivot par lecture directe de la règle (« 0 » central) ou par calcul de différences (« 0 » non central) Intervertir (avec une grande précision) les personnages sur la planche,

Les animaux sont en équilibre sur la planche lorsqu’ils sont immobiles et que la planche ne penche ni d’un côté ni de l’autre. On dit alors que la planche est horizontale.

Le pivot c’est l’endroit où la planche appuie sur son support. Ici, c’est au milieu de la règle.

Les animaux doivent se placer de part et d’autre (de chaque côté) du pivot.

Cas 1 : Deux objets identiques sont en équilibre s’ils sont à la même distance du pivot. Si on intervertit les objets, cela ne change rien.

Quand un personnage est plus lourd que l’autre, il faut qu’il soit plus près du pivot pour que l’équilibre soit possible. S’il est deux fois plus lourd (deux gommes superposées / 1 gomme), il faut qu’il soit deux fois plus près. Si on intervertit les objets, l’équilibre n’est plus possible.

Fixer le vocabulaire à l’aide d’un schéma légendé.

Traces écrites : les différents schémas réalisés, la définition, les lois

établies…

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rapprocher ou éloigner l’un d’entre eux puis « corriger » les équilibres Faire verbaliser les constats : les consigner sur une affiche.

Remarque importante ; Dans le cas d’une bascule, on est en présence d’un équilibre instable : le centre de gravité du système est au dessus du pivot ; lorsque l’équilibre est rompu, la bascule penche d’un côté ou de l’autre irrémédiablement. Ce ne sera pas le cas avec les mobiles « posés » ou suspendus (sauf si les moments de forces sont égaux.

Photos des maquettes réalisées

3

Présentation d’un objet fini

Démarche exploratoire Plutôt destiné aux CP (milieu

d’année), et CE1 Consolider le concept d’équilibre

Identification d’autres paramètres

Mobiles à poser et suspendus simples (2 objets reliés par une tige) et centrés (pivot situé au milieu de la tige (envisager des photos pour illustrer avec d’autres exemples, Calder entre autres)

On peut prévoir un mobile dans lequel l’objet le plus petit est le plus près du pivot (bille et balle de ping-pong par exemple) pour créer une déstabilisation.

Présentation d’un ou plusieurs mobiles suspendus et/ou posés simples

Faire observer, décrire, analyser Repérer le point d'appui/ le pivot dans les mobiles présentés, la position relative des objets en équilibre par rapport au pivot, en fonction de leurs « dimensions ».

Faire schématiser les mobiles Apporter et faire utiliser un vocabulaire spécifique.

Lister les grandeurs (forme, couleur, taille/diamètre, poids, etc…) qui

Schémas légendés,

fixation/consolidation du lexique spécifique (équilibre, point d'appui, pivot, axe de rotation, balance, fléau, horizontal, mobile/immobile, plus lourd/plus léger masse/poids) Photos des mobiles explorés dans le cahier de sciences

liste des paramètres qui semblent influer sur l’équilibre

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semblent avoir ou qui pourraient avoir une influence sur l’équilibre.

Remarque (suite) : Un mobile posé ou suspendu a son centre de gravité situé sous son pivot (point

d’appui ou point de suspension de la tige). L’équilibre est atteint lorsqu’il est immobile (un comble pour un mobile !). Il s’agit d’un équilibre stable. C’est pourquoi, lorsqu’il est en mouvement, il oscille (balance, tout en tournant), de part et d’autre de cette position d’équilibre stable [jusqu’à immobilisation complète si les conditions le permettent].

4

Défi : une boule avec une boule

« aussi lourd que » Classement (rassembl ement) d’objets de même masse

« plus lourd que » opposition relative plus lourd/ moins lourd

Rangement d’objets selon leur masse (du moins lourd au plus lourd par exemple) Un objet

Se procurer des boules pleines (voir liste fournie avec le kit des animations pédagogiques)

identiques => même masse, volume, matière, couleur, température, (odeur ?)…

différentes

tiges, bouchons, épingles, patafix, pâte à modeler, pâte à sel, boules de polystyrène, cochonnets, balles de baby-foot bouteilles, ruban adhésif…

et réaliser des montages permettant un équilibre entre deux boules

identiques différentes

Réaliser /expérimenter en considérant comme variable chaque donnée proposée par les élèves.

> identifier les grandeurs pertinentes (Par exemple, la couleur a-t-elle une influence sur le mouvement de la bascule ?) Exemple de la couleur³ :

Faire simultanément 4 systèmes en

changeant une couleur sur chacun d’eux (à droite ou à gauche)

pour mettre en évidence le fait qu'un seul facteur change : faire des remarques sur la situation

Avant/ après expérimentation (Situation initiale/ finale)

Qu’est ce qui change dans les différences situations expérimentales ?

Qu’est ce que ça a eu comme effet ?

(Voir document contenus/obstacles et remédiations, partie relative à

l’identification des grandeurs, la différenciation masse/volume, la force).

Une grosse boule n’est pas forcément plus lourde qu’une petite boule.

La couleur n’a aucun effet sur la position de la barre horizontale.

La balance penche du coté de l'objet le plus lourd.

Etc…

IUFM site de Nîmes - Groupe Départemental Sciences IA30 volumineux n’est

pas forcément plus lourd qu’un objet moins volumineux.

5 et suivante

s

Transfert / évaluation : Construction de mobiles simples, centrés : 2 objets utilisés avec un fléau centré

puis éventuellement plus « complexes » : plus de 2 objets, fléau non centré…

Objets divers (les boules peuvent bien sûr être réutilisées ; des objets en pâte à sel peuvent aussi

convenir…), piques à brochettes, baguettes, pailles, fil de fer, fils et ficelles, pistolet à colle, etc…

Conception et réalisation de mobiles (artistiques, c’est encore mieux !)

Schéma du mobile projeté en précisant la position des objets qui seront utilisés (nécessité d’avoir pu comparer la masse de ces objets avant la schématisation).

Schéma du mobile projeté Liste du matériel nécessaire à sa fabrication.

Photo du mobile fabriqué.

Schéma, éventuellement corrigé, du mobile réalisé avec remarques Exposition de tous les mobiles de la classe

Prolongements possibles:

- Analyse croisée des albums « Bascule » et « Un tout petit coup de main » / Ann Tompert - Kaléidoscope : Ressemblances et différences.

Réflexion sur la sensibilité des balances : rôle de la longueur des bras et lutte contre les frottements : fabrication d’une balance

« ultrasensible » capable d’être mise en mouvement par la charge la plus faible possible.

- Fabrication d’un mobile monumental dans la cour de l’école

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Découverte du monde de la matière et des objets

Réalisation de maquettes élémentaires pour comprendre le fonctionnement

d’un appareil

Mathématiques

Mesures de longueurs, de masses Comparaisons de longueurs et de masses

Doubles et moitiés Maîtrise de la langue française

Echanger et s’exprimer autour d’une expérience, d’un projet

Acquérir un vocabulaire spécifique relatif aux balances et à l’équilibre Formuler une synthèse, la copier Légender un schéma

Pratiques artistiques et histoire des Arts :fabrication de

sculptures mobiles : jeu de matières, de formes et de couleur Mobiles de Calder

Cinéma : La magie de Calder Education musicale : construction d'un mobile-carillon

L’équilibre du corps : EPS activités gymniques, danse,

acrosport, cirque

TICE et B2i Recherches documentaires sur l’internet, traitement de texte

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TECHNOLOGIE Travail conduit sur 1 à 2 périodes

de l’année Niveau :

DEFI :

Une seule lentille blonde pour soulever une pièce d’un euro (défi intermédiaire : Une boule en équilibre avec une boule)

Références B.O. N°3 du 19/06/2008 Les programmes de l’école primaire

Cycle 3 : Sciences expérimentales et technologie / Les objets techniques / Leviers et balances, équilibres Mathématiques / Grandeurs et mesures

Fiche connaissance 24 « Leviers et balances »

Séquence main à la pâte « Des leviers dans divers objets (cycles 2 et 3) »

Fiche didactique sur les équilibres : Contenus, obstacles et remédiations (Groupe Sciences IA 30) Matériel Future valise CDDP et celles construites lors des animations dédiées

LEGO Dacta (voir CDDP), boîte Meccano N°4

Matériel et matériaux récupérés (voir fiche didactique et liste du matériel accompagnant le kit pour les animations pédagogiques)

PARTENAIRES : CDDP, « La main à la pâte »

IUFM site de Nîmes - Groupe Départemental Sciences IA30 N° des

étapes

Rôle dans la démarche d’investigation et

objectifs

Matériel à prévoir

Activités conduites avec les élèves

Conclusion et aboutissement de la séance

Type de trace écrite Formulation élève avec lexique

1

Situation déclenchante. : Faire émerger les représentations et connaissances initiales : Comparer les contenus des deux albums :

ressemblances /différences par rapport à l'équilibre

Lecture d’albums

« Un tout petit coup de main » de Ann Tompert,

Kaléidoscope

« Bascule » de Yuichi Kimura, Didier jeunesse)

Pourquoi la souris ne peut- elle jouer à la balançoire avec l'éléphant?

Faire verbaliser les élèves au moment où les deux animaux sont en équilibre : Pourquoi le renard et le lapin ne doivent- ils plus bouger ?

Faire noter un certain nombre de constats et de remarques.

Faire expliciter à l’aide d’un schéma si nécessaire

Faire acquérir un lexique de spécialité relatif aux bascules et balances : pivot, axe de rotation, point d’appui, fléau, bras du fléau, équilibre…

Hypothèse :

Pour mettre en mouvement une bascule, il faut que les deux personnages soient (quasiment) aussi lourds ou que le plus lourd soit plus près de l'axe de rotation Lorsque le renard et le lapin et le pont ne bougent plus on dit que c'est en équilibre il y a plusieurs sortes d'équilibre (voir fiche didactique : contenus, obstacles et remédiations)

(État des corps maintenus en repos sous l’influence de plusieurs forces qui se contrebalancent exactement. Selon Wikipédia. À adapter avec ses élèves.) Apparemment, il suffit de pas grand- chose pour modifier un équilibre.

Fixation du lexique

Traces écrites à consigner dans le cahier de sciences/d’expériences. Ce dernier sera régulièrement renseigné au fil des

séances.

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1bis

Présentation du défi :

« Soulever une pièce de 1 euro à l’aide d’une seule lentille blonde »

L’enseignant rassemble le matériel utilisable en limitant le champ des possibles

Concevoir un dispositif, émettre des hypothèses Schématiser le projet

Lister le matériel nécessaire à sa réalisation dans le cahier d’expériences

La situation choisie est celle du renard et du lapin : il faut que la pièce soit plus près du pivot

La situation choisie est celle de l’éléphant et de la souris : il faut réaliser un

contrepoids avant l’ajout de la lentille.

On peut s'attendre à une réelle difficulté à relever le défi à ce stade de la séquence. Il est préférable de différer la réalisation des premières maquettes après une étude spécifique menée sur les équilibres : On entre alors dans le découpage de la difficulté : équilibrer deux boules entre elles pour comprendre comment relever le défi. Rien n’empêche toutefois de se lancer dans la réalisation des premières maquettes et de

constater qu’il sera difficile de relever le défi sans avoir construit des connaissances préalables, ce qui peut motiver les situations suivantes.

2 bis, 2, etc..

Défi : Mettre deux boules en équilibre sur une tige de différentes façons (fiche connaissance sur les leviers)

Se procurer diverses boules pleines (voir liste

accompagnant le kit des animations pédagogiques)

identiques => même masse, volume, matière, couleur, température, (odeur

?)… différentes

Tiges, bouchons, épingles, patafix, pâte à modeler, pâte à sel, bouteilles, ruban

adhésif…

Identifier les grandeurs pertinentes : la masse et la distance à l'axe et surtout la relation entre les deux pour la mise en mouvement de la bascule

on peut envisager ici une quantification approximative, si on expérimente à l'aide de tige de masse négligeable par rapport à celle des objets Peser les boules et mesurer les distances pour mettre en

Pour équilibrer deux boules de même masse, il faut les placer de part et d’autre de l’axe de rotation, à égales distances.

Pour équilibrer deux boules de masses différentes, il faut placer la plus lourde plus près de l’axe de rotation.

Si une des boules est deux fois plus lourde, il faut la placer deux fois plus près.

IUFM site de Nîmes - Groupe Départemental Sciences IA30 et réaliser des montages permettant un équilibre entre deux boules

identiques différentes

« très » différentes Comment faire avec une boule beaucoup plus lourde que l’autre ?

évidence le théorème des moments? (On peut envisager de faire ici le lien avec la balance romaine)

Construire la situation de proportionnalité : distance à l’axe de l’une des 2 boules en fonction du rapport des masses des boules en jeu

Si elle est cinquante fois plus légère, il faut la placer 50 fois plus loin : pour cela, il faut un fléau de grande longueur…

Pour équilibrer deux boules de masse différentes, on peut utiliser un contrepoids du côté de la boule la plus légère

(situation : « Un tout petit coup de main »)

Relever le défi :

Soulever une pièce d’un euro à l’aide d’une seule lentille blonde

N° des étapes

Rôle dans la démarche d’investigation

Matériel à prévoir Activités conduites avec les élèves

Conclusion et aboutissement de la séance

Type de trace écrite Formulation élève avec lexique

3

Rappel du défi Les premiers schémas

réalisés Retour sur les premières idées : correction, amélioration des schémas en tenant compte des connaissances acquises sur les équilibres.

Constitution des groupes de recherche en fonction des dispositifs choisis :

confrontations et affinement des projets

Répartition des rôles dans les

Conserver l’évolution des schémas individuels et de groupe, trace du

cheminement intellectuel des élèves, dans le cahier de sciences

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groupes (rotation)

4

Construction des

maquettes Matériels divers sélectionnés par l’enseignant (voir liste déjà évoquée) + matériel apporté par les élèves (option à négocier éventuellement)

Fabriquer une maquette : permet-elle de relever le défi ? Problèmes rencontrés : solutions envisagées

idem ci-dessus

5

Calculer pour anticiper :

Evaluer le rapport des masses en jeu pour déterminer la longueur du fléau nécessaire

Balance Roberval, masses marquées ou balance électronique de précision, lentilles blondes, lentilles vertes

Pesée d’une pièce d’un euro.

Estimation de la masse d’une lentille blonde par pesée d’un grand nombre (100 par exemple) puis division.

Calcul du rapport des masses en jeu.

Conclusion sur la longueur du fléau à utiliser (utilisation du théorème des moments découvert précédemment)

Refaire le calcul avec des lentilles vertes

Conclure sur l’incidence de la

« couleur » des lentilles.

Notions de fiabilité et sensibilité d’un instrument de mesure (balance)

Précision d’une mesure (encadrement) Une lentille blonde est environ cent fois plus légère qu’une pièce d’un euro. Il faut utiliser un fléau à bras égaux de 1 m (longueur totale 2 m) si l’on place la pièce à 1 cm de l’axe de rotation (soulèvement de très faible amplitude !)

Les lentilles vertes sont 2 à 3 fois plus légères, il faudra multiplier les longueurs par 2 ou 3, ce qui rend la réalisation impossible.

Pour permettre aux élèves de prévoir le contrepoids, la romaine peut être introduite.

On peut réduire les longueurs si on utilise la tige comme contrepoids : Fléau à bras inégaux (fléau non centré : l’axe de rotation n’est plus au milieu de la tige…)

6

maquettes : Maquette réalisées Modifier les dispositifs pour

répondre aux attentes : fléaux Grâce à l’utilisation d’un contrepoids, on peut réduire les dimensions de la machine.

IUFM site de Nîmes - Groupe Départemental Sciences IA30 réalisation de

balances à contrepoids

non centrés, mise en place de contrepoids pour équilibrer les dispositifs.

Lutte contre les frottements : - dispositifs suspendus à un fil - axe de rotation réalisé avec un clou fin ou une aiguille,

élargissement de l’orifice dans le fléau

- etc…

(comme dans « un tout petit coup de main », le contrepoids, c’est tous les

animaux sauf le petit coléoptère qui lui agit à la manière de la lentille blonde).

Il faut limiter au maximum les frottements pour que la bascule (la rotation) puisse se faire facilement : liste de ce qui permet de les limiter.

7

Synthèse =>

institutionnalisation tableau/ affiche/ cahiers de sciences

Qu’avons-nous appris ? : Ecrit de synthèse des connaissances acquises élaboré collectivement.

Copie dans le cahier de sciences

On peut soulever une charge importante sans « forcer » en utilisant un long bras de levier : barre à mine par exemple.

On peut aussi soulever une charge importante sans « forcer » en utilisant un contrepoids : fonctionnement du chadouf (machine à monter l’eau).

Dans le cas des bascules, l’équilibre est très fragile : il peut être rompu en déplaçant légèrement l’un des objets ou en

l’alourdissant faiblement : cela dépend de la sensibilité de la bascule.

Transfert/Evaluation : ce travail pourra être conduit dans le cadre d’un des prolongements ci-dessous…

Prolongements possibles :

- Réalisation de mobiles centrés ou non, posés ou suspendus. Découverte de l’univers de Alexander Calder (voir séquences cycles 1 et 2) - Exploration du monde des balances : Fléau à bras égaux, plateaux : balances Roberval, à colonne. Fléau à bras inégaux : balance

romaine

- Etude d’objets de la société utilisant le principe des balances et des leviers :

Outils et ustensiles de cuisine : pinces, tenailles, pied de biche, barre à mine, brouette, diable… casse-noix, trancheuse à pain…

Le chadouf, une machine à monter l’eau…

Grues, barrière de passage à niveau, etc… et balançoire à bascule à voir de près si possible, bien sûr !

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Sciences expérimentales et technologie :

Les objets techniques Leviers et balances, équilibres

Mathématiques :

Grandeurs et mesures : mesure, estimation, unités légales du système métrique, calcul sur les grandeurs, conversions

Maîtrise de la langue française : Poser des questions, exprimer son point de vue, expliciter un raisonnement, présenter des arguments

Acquérir un vocabulaire de spécialité / équilibre

Rédiger avec ordre, clarté et propreté

Pratiques artistiques et Histoire des arts : Fabrication de sculptures mobiles : jeu de matières, de formes et de couleur

Mobiles de Calder

Calder, ingénieur mécanicien, sculpteur Cinéma : La magie de Calder

Education musicale : construction d'un mobile-carillon

L’équilibre du corps : EPS activités gymniques, danse,

acrosport, cirque

TICE et B2i Recherches documentaires sur l’internet, traitement de texte

Défi : Une lentille blonde pour soulever une pièce de 1 €uro

Importance du lexique à toutes les étapes de la démarche et systématisation de la mise en mots qui à valeur de mémoire ; une trace écrite intermédiaire est indispensable pour structurer les connaissances, les problèmes à résoudre à chaque étape.

Faire varier les paramètres pour identifier les variables.

1ère étape du défi : les 2 boules

Contenu obstacles Remédiation

Equilibrer : qu’est ce que cela veut dire ?

4

1 - équilibre stable (boule bleue) : lorsqu’on écarte légèrement l’objet de sa position d’équilibre, il y retourne inéluctablement.

2 - équilibre instable (boule verte) : lorsqu’on écarte légèrement l’objet de sa position

d’équilibre, il s’en écarte irrémédiablement et va s’immobiliser dans une position d’équilibre stable 3 - équilibre indifférent (boule jaune) : l’objet s’immobilise là où on le pose (exemple : bille sur un plan parfaitement horizontal)

4 - équilibre impossible (boule rouge) : Sans lien avec son support , l’objet ne peut pas rester dans la position où il se trouve (bille sur un plan incliné) L’équilibre (« immobilité ») associé à un objet

Définition difficile : un objet est en équilibre lorsque la somme des forces qui lui sont appliquées est nulle.

Pour les élèves, c’est quand ça ne bouge plus

Avec du matériel mécano, mettre en évidence les différents types d’équilibre.

Associer l’équilibre d’un solide autour d’un axe à l’horizontalité (Fléau de la balance, tige reliant 2 objets d’un « mobile », balançoire, etc...)

sur un autre suppose que la somme des forces qui sont appliquées à cet objet est nulle

Dans le cas du mobile, on cherche l’équilibre d’un objet en rotation autour d’un axe. Lors de la situation d’équilibre, la somme des moments de forces est nulle.

Moment de force : effet d’une force sur la rotation (plus je m’éloigne de l’axe de rotation, plus l’effet de la force est important (cf. fiche connaissance n° 24 du document

d’accompagnement des programmes de 2002).

Identification des grandeurs pertinentes Toutes les caractéristiques sensibles de la situation paraissent pertinentes pour les élèves

Réaliser /expérimenter en considérant comme Variable chaque donnée proposée par les élèves.

Exemple de la couleur :

Faire simultanément 4 systèmes en changeant une couleur sur chacun d’eux (à droite ou à gauche)

pour mettre en évidence le fait qu'un seul facteur change : faire des remarques sur la situation Avant/ après expérimentation

(Situation initiale/ finale)

Qu’est ce qui change dans les différences situations expérimentales ?

Qu’est ce que ça a eu comme effet.

Conclusion : la couleur n’a aucun effet sur la position de la barre horizontale.

Remarque : Il faudra porter un soin particulier à la sélection du matériel : dans le cas présent, seule la couleur doit être différente (même diamètre, même masse), et ce n’est pas toujours facile ! (cochonnets colorés par exemple)

Différentiation masse /volume : L’enfant pense :

- « Ce qui est gros est lourd ! »

- « Si j’ai le même volume, j’ai une masse identique… »

- « Lorsqu’on déforme un objet, on modifie sa masse et son volume.

Équilibrer deux boules :

- densités différentes/ comparer avec 2 boules de même densité

- masses différentes/identiques - volumes différents/identiques Équilibrer deux boules (situation initiale) puis déformer l'une des deux boules (pâte à modeler) et regarder comment évolue l'équilibre (situation finale). Éventuellement, revenir à la situation initiale (réversibilité de la déformation).

Idée de force : L’enfant pense qu’une force ne peut avoir d’effet que si elle est intense.

Réalisation et mise en mots du défi :

Comment a-t-on réussi à faire bouger la pièce ? Référence aux ouvrages « Bascule » et « Un tout petit coup de main »

Modifier des situations d'équilibre (dispositifs présentant peu de frottements) en utilisant des objets de masse très faible.

Estimation de la masse de la lentille (0.08g).

Différentiation masse /poids : (relation entre la matière et l’attraction terrestre)

Dans les situations d’équilibre d’un solide en rotation autour d’un axe, on se situe dans la comparaison de masses équivalentes, puisqu’on travaille dans un lieu donné (l'attraction est identique)

- lexique Utilisation correcte du vocabulaire par

l’enseignant. (voir fiche connaissances n °24)

Tige/barre pesante (dans la théorie, son poids

est souvent considérée comme négligeable par rapport aux autres forces en jeu, ce ne sera pas le cas dans les réalisations faites en classe) :

- Je voudrais mettre en évidence le théorème des moments = forces en relation avec les distances

- Si on veut aborder un aspect qualitatif du théorème des moments, la barre n’est pas un obstacle. Prendre en compte la masse de la barre (permet d’aborder la proportionnalité si la barre est

homogène).

La masse intervient si le centre de gravité de la barre n’est pas situé au niveau de l'axe de rotation.

Équilibrer la barre avant de travailler avec les objets : le centre de gravité de la barre coïncidera alors avec l’axe de rotation du système.

Mettre en évidence le théorème de moments en positionnant les objets de part et d’autre du centre de gravité de la barre à des distances plus ou moins grandes, comme sur une bascule/

balance romaine, balançoire « détournée » (réitérer l'expérience plusieurs fois) Pour les plus âgés :

Mettre en évidence le théorème des moments avec une tige de masse négligeable par rapport à la masse des objets en équilibre en recherchant le

« point d’équilibre » (axe de rotation) du côté de l’objet le plus lourd.

Prendre en compte la masse de la barre impliquée dans l’équilibre de part et d’autre du point d’équilibre (axe de rotation et centre de gravité du système alors quasiment confondus et différent du centre de gravité de la barre seule) Ces masses seront estimées à l’aide d’un calcul de proportionnalité.

Mesures de grandeurs :

longueur : distance à l'axe de rotation Quelle distance prendre en compte ? Comment repérer la position des différents centres de gravité ?/ concept de centre de gravité

En utilisant des sphères enfilées sur une tige, on se facilite la tâche : la distance dont on parle correspond à la distance séparant le centre de la sphère (= centre de gravité de la sphère) à l’axe de rotation (équilibre instable ou indifférent = immobilisation délicate)

En suspendant les objets à l’aide d’un fil et ce, quelque soit la forme des objets, la distance à mesurer correspond à la distance séparant le

diamètre d'une sphère

masse : estimation de la masse d'objets de faible valeur de masse

volume : mesure et comparaison de volumes

Comment mesurer un objet sphérique ?

point d’attache du fil à la barre à l’axe de rotation.

par ailleurs, les objets étant suspendus sous la barre, l’équilibre de l’ensemble est beaucoup plus stable.

Utilisation d’une toise, d’un pied à coulisse, d’un gabarit,…

Utilisation de balances de précision

ou calcul de la masse par division de la masse d’un grand nombre d’objets (valeur moyenne de la masse d’une lentille)

mesure indirecte du volume d’une sphère (d’un objet) par immersion totale et mesure du volume de liquide (eau) déplacé ;

calcul du volume de la sphère connaissant son rayon

Polygone de sustentation Les réalisations de type bascule peuvent engendrer des problèmes de stabilité

Utiliser des polygones déformables pour mettre en évidence la limite de stabilité

introduction de contrepoids

Rechercher la limite de stabilité de son corps par rapport à la position de ses pieds…

Position du centre de gravité par rapport à l’axe de rotation du système (L’objet doit pouvoir tourner librement par rapport à l’axe de rotation = frottements négligeables)

- sur l'axe : équilibre indifférent

L’enfant pense que le centre de gravité appartient à l’objet (est « contenu » dans l’objet)

Réalisation de mobiles et de stabiles de type

« Calder » / Poème de Prévert sur Calder

Activités motrices autour des « équilibres » : un équilibre est obtenu par correction en temps réel d’un déséquilibre permanent (voir B. Trinquier)

- sur la verticale passant par l'axe de rotation et au dessus de l'axe : équilibre instable

- sur la verticale passant par l'axe de rotation et en dessous de l'axe : équilibre stable

- toute autre situation : équilibre impossible