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1 - CONSTRUIRE DES MÉCANISMES À ROUES À FRICTION

– Si des élèves d’une classe bénéficient de matériel modulaire (par exemple Lego...) alors le professeur peut demander aux élèves comment, en faisant tourner une roue guidée par un support, entraîner une seconde roue sans introduire d’éléments intermédiaire.
– C’est par un tâtonnement que les élèves découvriront le principe des roues de friction. A partir de là, ils recherchent comment retrouver le même sens de rotation à la sortie du système.
– A l’issue de la recherche, ils vont identifier ce dispositif de transmission du mouvement sur des objets que l’enseignant présente en classe, comme par exemple, le galet de l’alternateur de bicyclette entraîné par le pneumatique de la roue lorsque l’usager pédale.
– Enfin, une trace écrite s’impose pour formaliser toutes les connaissances acquises.

On peut aussi adopter une démarche inverse, en partant d’un objet possédant des roues à friction, puis en essayant de reproduire le dispositif sous forme d’une maquette, par petits groupes, de façon à ce que tous les élèves puissent en repérer les caractéristiques : sens et vitesse de rotation.

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2 - UN SYSTÈME POULIES COURROIES

La démarche de fabrication d’un jouet mécanique passe par différentes étapes :

– Observation et analyse du dessin représentant l’ensemble du produit fini.
– Élaboration du cahier des charges pour définir le projet de fabrication : recenser les fonctions attendues de l’objet, les contraintes, les modalités de production.
– Ce contrat de travail est écrit sur le cahier d’expériences.
– Recherche de la conception de l’objet.
– Mise au point du mécanisme.
– Validation du fonctionnement.
– Les élèves prennent conscience que des conceptions différentes donnent un même résultat.
– La mise en œuvre de ces solutions peut se faire en petits groupes de travail, pour réduire la quantité de matériel nécessaire, valoriser l’entraide et le partage des tâches.
– Analyse critique de ces essais au sein de chaque groupe et en grand groupe pour échanger sur les solutions fructueuses et sur les problèmes rencontrés :

• respect du cahier des charges ;
• entraînement des mécanismes ;
• frottements ;
• guidage des poulies ;
• tension des courroies ;
• entraînement des manivelles, des moteurs...

– Détermination de la conception du produit fini :

• au plan du mécanisme ;
• au plan de ces dimensions ;
• au plan de sa décoration.

– Élaboration de :

• dessins ;
• schémas ;
• plans.

– Différentes décisions peuvent entraîner des choix de mise en œuvre différents :

• les poulies peuvent tourner dans le même sens ;
• les poulies peuvent tourner dans des sens différents ;
  – les poulies peuvent tourner à la même vitesse ;
• les poulies peuvent tourner à des vitesses différentes.

– Fabrication du produit fini : l’accent portera sur la qualité de d’exécution et la répartition des tâches entre les élèves si le travail se fait en équipe.

– Remédiation pour améliorer les dispositifs.
Il est important de consacrer du temps :

• à la fabrication,
• aux transformations,
• aux améliorations pour un bon fonctionnement et une décoration soignée.

Au cours et à l’issue de cette activité, une structuration des connaissances relatives au système poulie-courroie doit être réalisé :
– fonction du système,
– sens de rotation,
– démultiplication de la vitesse.

Il en restera une trace dans le carnet d’observations et d’expériences.
Un exercice final évaluera les connaissances acquises par les élèves.

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3 - LA GRUE

Il est intéressant ici de recueillir les conceptions des élèves à propos de l’objet grue :
– fonctions,
– mécanisme,
– proportions....

L’utilisation d’un jouet grue permet de nommer et identifier :
– la structure,
– les éléments qui la composent,
– les mouvements.

Pour fixer ces premiers acquis, l’enseignant suggérera aux élèves de compléter un schéma de l’objet avec légende et codage des mouvements.

La production d’une maquette en matériel modulaire (Lego Dacta par exemple) en suivant une fiche technique, en la modifiant au besoin pour s’identifier davantage au modèle présent en classe, permettra de représenter un mécanisme simplifié de celle-ci.
Les élèves tâtonneront pour assurer la stabilité de l’engin :
DES LIENS DOIVENT ÊTRE ÉTABLIS A CE PROPOS AVEC LES ÉQUILIBRES ET LES LEVIERS.

Les élèves pourront fabriquer des grues avec des poulies de guidage, dont la fonction est de changer l’orientation de la corde, ou bien des grues qui , en extrémité de flèche, possèdent une poulie mobile, voire un palan.

Ils pourront de façon qualitative, apprécier le gain en effort à fournir, en suspendant le même objet à soulever sur une grue avec ou sans poulie mobile.

En prolongement peuvent être envisagées des observations de grues actuelles, en situation sur un chantier ou sur des photos.

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