Descendre en pente

1. Préparer

• Lisez la documentation destinée aux élèves dans l’application Salle de classe EV3.
• Recueillez des informations sur les types de frottement en général et sur le frottement statique en particulier.
• Pour chaque binôme, préparez plusieurs objets de test présentant différentes caractéristiques de frottement statique, comme un faisceau LEGO^® Technic, une gomme et un petit morceau de papier.

2. Éveiller (5 min)

• Utilisez les idées évoquées dans la section Lancer une discussion ci-dessous pour engager une discussion en lien avec cette leçon.
• Répartissez les élèves en binômes.

3. Explorer (20 min)

• Demandez à chaque binôme de construire la plate-forme d’inclinaison.
• Demandez-leur ensuite d’effectuer un test afin de vérifier que le modèle a été bien construit et qu’il fonctionne correctement.

4. Expliquer (10 min)

• Demandez à vos élèves d'effectuer l'expérience au moins trois fois pour chaque objet et de consigner leurs résultats.
• Assurez-vous qu’ils créent leur propre tableau de test.

5. Enrichir (10 min)

• Demandez à vos élèves d'organiser les objets qu'ils ont testés en fonction de leurs propriétés structurelles.
• Demandez à chaque binôme de synthétiser brièvement les résultats de ses expériences.
• N'oubliez pas de prévoir un peu de temps pour tout ranger.

6. Évaluer

• Commentez les performances de chaque élève.
• N’hésitez pas à utiliser les rubriques d'évaluation fournies.

Le frottement est un phénomène du quotidien. Si vous frottez vos mains vigoureusement l'une contre l'autre, vous sentirez de la chaleur. Les forces de frottement peuvent être délibérément exploitées, par exemple dans la conception de semelles de chaussures, pour éviter les chutes sur des surfaces glissantes. Le principe de conception d'un patin à glace, à l’inverse, est de réduire au maximum le frottement, de manière à ce que le patin glisse facilement. La surface de grattage d'une boîte d'allumettes est quant à elle conçue de manière à ce que la tête de l'allumette chauffe jusqu'à son point d'inflammabilité lorsqu'on la frotte dessus.

Lancez une discussion sur le frottement. Posez des questions pertinentes, telles que :

• À quoi le terme frottement fait-il référence ?
• Pouvez-vous citer des dispositifs techniques qui exploitent les propriétés du frottement ?
• Dans quelles situations le frottement est-il souhaitable ? Dans quelles situation ne l'est-il pas ?
• Comment peut-on réduire le frottement ?

Instructions de montage

• Plate-forme d’inclinaison

Utilisation du capteur gyroscopique
Le capteur gyroscopique doit être complètement immobile lors de la connexion à la brique EV3 et au démarrage de celle-ci. Si les valeurs d'angle du capteur gyroscopique changent alors que la rampe est immobile, débranchez le capteur et rebranchez-le.

Utilisation du modèle
Placez le modèle sur une surface solide et plane. Si la surface n'est pas plane, les angles et les coefficients de frottement associés seront incorrects. Exécutez le programme et attendez que le capteur tactile apparaisse à l'écran. Cela réinitialise la rampe à la position initiale, afin que le programme puisse correctement déterminer les angles et les coefficients de frottement. Placez ensuite l'objet à tester à l’extrémité de la rampe. Appuyez sur le capteur tactile connecté au port 1 pour démarrer le test. La rampe s'élève alors lentement. Appuyez à nouveau sur le capteur tactile dès que l'objet commence à glisser, afin d’arrêter le test. L'angle et le coefficient de frottement associé apparaissent alors à l’écran.

Expérimentation
Pendant l’expérience, partagez les astuces suivantes :

• L'angle de la rampe et le coefficient de frottement sont indiqués à l'écran.
• Consignez le numéro de l'expérience, l'angle et le coefficient de frottement dans un tableau de test. Assurez-vous de laisser suffisamment d’espace pour pouvoir consigner d’autres observations.
• Effectuez l'expérience au moins trois fois pour chaque objet de test et utilisez les valeurs moyennes pour vous assurer d’obtenir les résultats les plus fiables possible.

Programme

Pour simplifier :

• Aidez vos élèves à organiser les objets qu’ils ont testés en fonction de leurs propriétés structurelles.

Pour aller plus loin :

• Explorez les diagrammes de force, les forces normales et l’utilisation des fonctions trigonométriques dans l'analyse des phénomènes relatifs aux plans inclinés.
• Demandez à vos élèves de trouver un moyen d’améliorer la précision de leurs expériences.

Checklist d’observation de l’enseignant
Créez un barème adapté à vos besoins, par exemple :

1. Objectif partiellement atteint
2. Objectif atteint
3. Objectif dépassé

Utilisez les critères suivants pour évaluer la progression de vos élèves :

• Utiliser les propriétés structurelles des objets pour organiser les observations
• Identifier de quelle façon les propriétés structurelles (par exemple, forme, composition, caractéristiques de surface) affectent ou non le fonctionnement du modèle expérimental
• Évaluer l'équipement et les procédures utilisés pour les expériences et identifier les forces et les faiblesses

Auto-évaluation
Demandez à chaque élève de choisir le niveau qui représente le mieux ses performances.

• Bronze : J'ai réalisé les expériences, mais je n’ai pas utilisé les propriétés structurelles des objets testés pour organiser mes observations.
• Argent : Avec un peu d'aide, j'ai utilisé les propriétés structurelles des objets testés pour organiser mes observations.
• Or : J’ai utilisé au moins trois propriétés structurelles des objets testés pour organiser mes observations.
• Platine : J’ai utilisé au moins trois propriétés structurelles des objets testés pour organiser mes observations. J'ai également proposé une hypothèse sur ces objets pour expliquer mes observations.

Pour intégrer des notions d’arts du langage :

• Demandez à vos élèves de rédiger un bref rapport présentant les résultats de leurs expériences ainsi que la manière dont ils peuvent être utilisés dans des applications concrètes.
• Demandez-leur de créer une présentation expliquant les résultats de leurs expériences et ce qu'ils ont appris.

Remarque : cela étend la durée du cours.

Les élèves qui ont apprécié ce cours pourraient être intéressés par les secteurs professionnels suivants :

• Fabrication et ingénierie (technologie des machines)
• Sciences, technologie, ingénierie et mathématiques (sciences et mathématiques)