Voiture à hélice

• Passez en revue le matériel en ligne destiné aux élèves. Utilisez un projecteur pour partager ce matériel avec vos élèves pendant la leçon.
• Assurez-vous d’avoir traité les trois lois du mouvement de Newton lors d’une leçon antérieure.
• Tenez compte des capacités et des antécédents de tous vos élèves. Si besoin, différenciez la leçon pour la rendre accessible à tous. Reportez-vous à la section Différenciation ci-dessous pour découvrir des suggestions.
• Installez les ventilateurs sur le sol en laissant au moins 3 mètres en face de chacun d’eux, afin que les voitures à hélice puissent se déplacer. Utilisez un morceau de ruban de masquage pour marquer la ligne de départ devant chaque ventilateur (perpendiculairement).

• Regardez la vidéo (également accessible via le matériel en ligne destiné aux élèves).

• Animez une brève discussion sur les forces qui permettent à une voiture à hélice d’avancer.
• Posez des questions pertinentes, telles que :
  • Qu’est-ce qui permet à une éolienne de tourner ? (Le vent, qui est généré par les différences de pression atmosphérique.)
  • Quelles forces permettent à une éolienne de tourner ? (La forme des pales influe sur les vecteurs force du vent, ce qui entraîne un mouvement de rotation.)
• Expliquez à vos élèves qu’ils vont devoir construire une voiture à hélice afin d’examiner comment la force du vent peut en modifier le mouvement.

• En binômes, demandez à vos élèves de construire le modèle de voiture à hélice. Dites-leur de se relayer, l’un recherchant les briques tandis que l’autre construit, en échangeant les rôles après chaque étape.
• Reportez-vous à la section Astuces ci-dessous pour découvrir des conseils de construction.
• Renvoyez-les vers les trois expériences présentées dans le matériel destiné aux élèves, et distribuez les fiches de travail (Support pour l’enseignant - Ressources supplémentaires).

Expérience 1 : Contre le vent

• Demandez à vos élèves de placer leur voiture à hélice sur la ligne de départ, face au ventilateur.
• Dites-leur d’allumer le ventilateur et d’observer comment leur voiture se déplace.
• Demandez-leur de consigner leurs observations sur leur fiche de travail.

Expérience 2 : Dans le sens du vent

• Demandez à vos élèves de changer la position de l’hélice de sorte qu’elle soit orientée vers l’arrière, ou de retourner l’ensemble d’engrenages, de sorte que l’engrenage gris soit sur le dessus.
• Dites-leur d’allumer le ventilateur et d’observer ce qui arrive à leur voiture lorsqu’elle est tournée vers l’avant, puis vers l’arrière.
• Demandez-leur de consigner leurs observations sur leur fiche de travail.

Expérience 3 : Avec une pale de plus

• Demandez à vos élèves d’ajouter la pale supplémentaire et de réitérer l’expérience. Si vous avez le temps, demandez-leur d’essayer ces variantes :
  • Positionner l’ensemble d’engrenages de l’hélice face vers le haut
  • Positionner l’ensemble d’engrenages de l’hélice face vers le bas
  • Positionner l’ensemble d’engrenages de l’hélice face vers l’arrière
  • Utiliser une hélice à 4 pales
  • Utiliser une hélice à 6 pales (voir l’astuce page 3 du livre d’instructions de montage)

• Rassemblez les élèves afin d’échanger sur les expériences qu’ils ont réalisées.
• Posez des questions pertinentes, telles que :
  • Que pourriez-vous modifier pour que votre voiture n’aille plus contre le vent, mais dans le sens du vent ? (L’ensemble d’engrenages, ou la direction de l’hélice)
  • Qu’est-ce qui permet à la voiture à hélice de se déplacer contre le vent (vers le ventilateur) ? (La somme des vecteurs force agissant sur le véhicule le poussent contre le vent.)
  • Une voiture à l’énergie éolienne peut-elle avancer plus vite que le vent ? (Oui ! Dans la vidéo que nous avons regardée au début de la leçon, certaines voitures se déplaçaient beaucoup plus vite que le souffle du vent.)

• Si vous avez le temps, expliquez en détail les forces à l’œuvre (vecteurs force).
• Prévoyez suffisamment de temps pour que les élèves démontent leurs modèles, trient les briques dans les plateaux et rangent leurs postes de travail.

• Commentez les performances de chaque élève.
• Mettez en place une auto-évaluation.
• N’hésitez pas à utiliser les rubriques d’évaluation fournies.

Checklist d’observation

• Évaluez la capacité de vos élèves à décrire comment différentes forces et mécanismes peuvent modifier le mouvement d’un objet.
• Créez un barème adapté à vos besoins. Par exemple :
  TO:
  1. Soutien supplémentaire nécessaire
  2. Capacité à travailler en autonomie
  3. Capacité à apprendre aux autres

Auto-évaluation

• Demandez à chaque élève de choisir la brique qui représente le mieux ses performances.
  • Vert : Avec un peu d’aide, je peux décrire comment une force invisible associée à un train d’engrenages peut modifier le mouvement d’un objet.
  • Bleu : Je peux décrire comment une force invisible associée à un train d’engrenages peut modifier le mouvement d’un objet.
  • Violet : Je peux décrire et expliquer comment une force invisible associée à un train d’engrenages peut modifier le mouvement d’un objet.

Évaluation croisée

• Encouragez vos élèves à s’évaluer entre eux :
  • En utilisant le barème de briques ci-dessus pour évaluer mutuellement leurs performances
  • En présentant leurs idées et en formulant des commentaires constructifs

Astuces De Construction

• Indiquez à vos élèves de commencer les tests dès qu’ils ont terminé la construction. Ils doivent se relayer pour faire les ajustements, afin que tout le monde ait une chance d’essayer les modèles.
• Choisissez UN réglage de vitesse du ventilateur pour tous les tests. N’importe quelle vitesse fera l’affaire.
• Si votre ventilateur est trop grand ou trop puissant, essayez de l’éloigner de la ligne de départ. Vous pouvez utiliser un meuble pour bloquer une partie du flux d’air.
• Si votre ventilateur est trop petit, rapprochez-le des modèles ou essayez de le déplacer à la main, en suivant les modèles.

Pour simplifier :

• Demandez à vos élèves de n’essayer que la variable du modèle de base consistant à faire avancer la voiture contre le vent.

Pour aller plus loin :

• Mettez vos élèves au défi de comprendre comment faire avancer leur voiture contre le vent de manière plus efficace.
• Demandez-leur de chercher comment remplacer le ventilateur par un volant d’inertie pour faire avancer leurs voitures.

(Remarque : cela étend la durée du cours.)
Pour intégrer des notions de mathématiques, demandez à vos élèves d’examiner le concept de rapport et de décrire, en termes de rapports, la relation entre la vitesse de rotation des pales de l’hélice et celle des roues.

Cycle 4 – Approfondissements – 5e, 4e, 3e Mathématiques - Chercher, Représenter, Raisonner, Calculer
Croisements entre enseignements: « Sciences, technologie et société »