Set de base MINDSTORMS EV3

L'accélération gravitationnelle

Le module d'apprentissage sur la chute libre met en avant l'équation temps-distance lorsqu'un objet accélère.

90 à 120 min.
Intermédiaire
Niveaux 6-8
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Se connecter

5 min.

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Le terme chute libre désigne l'état des objets (pierres, pièces ou fruit mûr) qui tombent vers le sol sous l'action de la gravité.

Voici les éléments d'intérêt dans ce domaine :
Distance parcourue par un objet en chute libre
Temps de chute avant que l'objet touche le sol
Vitesse à laquelle l'objet tombe
Accélération de l'objet durant sa chute

L'expérience suivante implique la construction d'une tour de chute libre équipée de capteurs adaptés, permettant d'observer les phénomènes gravitationnels affectant une bille d'acier en chute libre.

Notes sur les explications préliminaires
Expliquez pourquoi il est dangereux de s'asseoir sous un pommier aux fruits mûrs.
Les pommes peuvent tomber de l'arbre et il est impossible de réagir suffisamment vite pour les éviter.
Expliquez pourquoi une personne sautant d'un avion à haute altitude a besoin d'un parachute.
La chute serait trop rapide et la personne s'écraserait au sol à l'impact.
Dressez une liste des situations quotidiennes dans lesquelles la gravité joue un rôle.
Tout objet qui tombe, de l'eau qui coule, se déplacer/courir à la surface de la Terre, etc.

Construire

20 min.

Notes de construction
Assurez-vous que les élèves construisent correctement la tour de chute libre et téléchargent sans problème le programme fourni.

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Télécharger le programme « 10 »

TÉLÉCHARGER LE PROGRAMME D’EXEMPLE23 Ko, requiert le logiciel EV3 pour ordinateur

Comprendre

20 min.

Notes sur l'utilisation du modèle
Le capteur tactile est monté à l'arrière de la tour de chute libre. Il est utilisé pour déclencher l'expérience de chute.
Les pinces puissantes se ferment automatiquement pour l'expérience suivante.
L'écran de la brique EV3 indique le temps de chute.

  • Assurez-vous que le modèle ait été construit correctement.
  • Placez le modèle en position sur une surface solide et plane.
  • Veillez à ce que la tour ne vacille pas lorsque vous relâchez la bille.
  • Le capteur tactile peut également être tenu en main et utilisé comme télécommande, si nécessaire. Cela vous permet d'éviter de faire bouger la tour, ce qui invaliderait le test.
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Expérience - Mesures

  1. Lancez le Programme "10".
  2. Placez la bille dans les pinces puissantes fermées.
  3. Démarrez le test en actionnant le capteur tactile libre situé en haut de la tour.

Il se produit ce qui suit :
La bille tombe dans la tour, sur le capteur tactile situé tout en bas.
Le temps de chute libre s'affiche sur l'écran.
Les pinces puissantes se ferment et vous pouvez répéter l'expérience.
Un visage grognon affiché signale un test invalide.
Réalisez l'expérience au moins trois fois.
Consignez les chiffres et les temps de chute dans le tableau. Développez le tableau si nécessaire.

Assurez-vous que les élèves réalisent l'expérience plusieurs fois et consignent bien les résultats dans le tableau fourni.
Faites savoir aux élèves que les résultats qu'ils ont enregistrés seront utilisés dans les devoirs futurs.

Continuer

15 min.

Analyse
Vous connaissez la distance de chute d et le temps de chute t.

  1. À l'aide des temps de chute mesurés, calculez la vitesse moyenne v de la bille pendant sa chute libre.
  2. Consignez les résultats dans le tableau.
    Pour mémoire : v = d/t.
    D'après la loi de la chute des corps : d = 0,5 x g x t².
    g est une constante naturelle indiquant l'accélération gravitationnelle.
  3. Résolvez l'équation de la loi de la chute des corps pour g.
  4. Calculez l'accélération gravitationnelle (g) sur la base des valeurs mesurées durant les expériences.
  5. Consignez les valeurs g calculées dans le tableau.

Encouragez les élèves à effectuer des calculs supplémentaires à l'aide des valeurs mesurées.
La vitesse calculée est la vitesse moyenne, et non la vitesse à l'impact.
Les différentes mesures entraînent des valeurs d'accélération gravitationnelle différentes. Informez les élèves des potentielles erreurs de mesure.
Expliquez-leur que la valeur établie pour l'accélération gravitationnelle sur la Terre suppose une chute libre dans un vide parfait.

Révision
Résumez brièvement les résultats de votre expérience.

  • Contexte et question (thème)
  • Réponses (mise en lien)
  • Conclusions
  • Quel est le lien avec la vie de tous les jours (où et quand observons-nous ou utilisons-nous ce principe dans notre vie quotidienne) ?

Support pour l’enseignant

Les élèves savent :
comment déterminer la constante gravitationnelle ;
qu'il existe des lois de gravitation, qui s'appliquent à tous les objets.

Les élèves doivent être capables de :
consigner les valeurs mesurées ;
analyser les valeurs mesurées ;
interpréter les résultats ;
comprendre la relation entre les matériaux utilisés et leur impact sur les résultats.

Connaissances associées à l'expérience
Utilisation du capteur tactile LEGO
Dérivation de l'accélération en chute libre, grâce à l'expérience

Set de base LEGO MINDSTORMS EV3
EV3 Lab ou EV3 Programming
Mètre ruban

Matériel pour les élèves

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