Ensemble de machines simples et motorisées

Caisse à savon

Étudiez les concepts scientifiques en lien avec la masse, la friction, le potentiel et l’énergie cinétique.

45 à 90 min.
Intermédiaire
Niveaux 6-8
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Connecter

(5-10 Minutes)

Tom et Lisa se disputent, comme d’habitude. Ils fabriquent des petites voitures pour voir lequel des deux descendra le plus loin à partir de la Colline de Launching Hill, dans Greenall Park.
Lisa estime que si elle alourdit sa caisse, elle ira plus loin. Tom pense que, comme les lourdes charges sont difficiles à déplacer, c’est lui qui ira le plus loin. Il opte pour de plus grandes roues, mais Lisa doute que ce soit la bonne solution.

Qui roulera le plus loin ? La voiture la plus lourde ou la plus légère ? Les petites roues ou les grandes ? Voyons voir !

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Construire

(20-25 Minutes)

Construisez la colline de Launching Hill
Tracez une ligne de départ, à 1 mètre d’une extrémité de la planche. Placez un support pour que la ligne de départ se trouve à 15 cm du sol. Pourquoi avons-nous besoin d’une ligne de départ ?

Nous en avons besoin pour que nos tests soient équitables. : il faut que les voitures descendent exactement la même rampe.

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Conseil :
Si l’épaisseur de la planche fait que les voitures en tombent sur le sol, utilisez un morceau de carton pour réaliser une transition douce entre la planche et le sol.

Construisez la Caisse à savon
(Livre 3A en entier et livre 3B jusqu’à la page 6, étape 12).

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Testez la Caisse à savon sur la rampe. Votre modèle roule-t-il aisément ? Sinon, vérifiez tous les axes et toutes les bagues pour vous assurer que les roues tournent aisément. Vérifiez aussi que tous les éléments sont bien fixés entre eux.

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Tracez l’échelle
Ecrivez sur le disque en plastique bleu ou servez-vous-en pour tracer et découper un disque en papier ; tracez-y l’échelle et collez-le sur le disque en plastique.

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Contempler

(20-25 minutes)

Mesurez jusqu’où les caisses à savon roulent à vide. Mesurez avec un mètre-ruban et comparez avec le repère et l’échelle. Enregistrez la distance et utilisez une brique LEGO® comme repère de l’endroit où la caisse s’est arrêtée. Faites au moins 3 tests pour être sûr que vous avez donné une réponse scientifiquement correcte.

Une caisse à savon non lestée roule environ sur 160 cm, c’est-à-dire plus d’une fois l’échelle. L’échelle est précise à quelques centimètres près.

Tracez les divisions de l’échelle d’1 m sur l’échelle en plastique, à l’aide d’un marqueur à tableau blanc effaçable. Laissez la caisse à savon descendre la rampe à nouveau et voyez si elle descend à nouveau 160 cm environ, en regardant à l’échelle et le repère (un peu plus qu’un tour et demi). Faites plusieurs tests. Vous n’avez pas besoin de mètre ruban – il suffit de lire le disque.

Conseil :
Observez la distance parcourue par la caisse à savon sur la planche. Le pointeur situé sur le disque en plastique passe le zéro pour la première fois au moment où la caisse à savon heurte le sol. Il mesure presque exactement 1 m en une rotation.

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Ajoutez une brique de lest à la caisse (page 7, étape 13). Anticipez jusqu’où elle va rouler cette fois, en plaçant une autre brique de marquage le long de la piste. Procédez au test.

La caisse roulera environ deux fois plus loin. La brique de lest qui “tombe” avec la caisse lui donne à peu près deux fois plus d’énergie motrice. Toutefois, notez également que le poids supplémentaire crée plus de frottements, notamment sur les axes, ce qui ralentit la caisse.

Que remarquez-vous au sujet du repère ?
Il tourne plus d’une fois. Vous devez compter combien de tours il fait.

Faites plusieurs tests pour être sûr que votre mesure soit valide.

Le saviez-vous ?
La caisse à savon pèse à vide 58 g environ. Et la brique lestée pèse 53 g ... presque la même chose !

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Les grandes roues de Tom
Les grandes roues vont-elles aider la caisse à savon à rouler plus loin qu’avec de petites roues ? Fixez-les sur l’axe arrière et faites le test sur la rampe (page 7, étape 14).

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Testez d’abord avec une caisse non lestée (page 7, étape 14), puis lestez-la (page 8, étape 15).
Généralement, la caisse roule plus loin. Il y a deux raisons à cela : plus de poids = plus d’énergie, et l’essieu arrière tourne plus lentement, ce qui signifie moins de frottement.

Le saviez-vous ?
Les grandes roues pèsent 16 g chacune et les petites seulement 6

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Continuer

(25-30 Minutes)

Super échelle
Livre 3 B jusqu’à la page 12, étape 12. Remplacez l’engrenage 8 dents par un engrenage 24 dents. Anticipez puis testez la distance à laquelle la caisse va rouler avant que le repère fasse un tour complet.
Elle roule 3 mètres. Le nouvel engrenage a 3 fois plus de dents que le petit. La vis sans fin doit tourner 3 fois plus pour faire tourner l’engrenage 24 dents une seule fois. Maintenant, étalonnez l’échelle pour mesurer les distances avec précision jusqu’à 3 mètres.

Super toboggan
Anticipez puis testez ce qui se passera si vous doublez la hauteur de la colline.
Vous doublez l’inertie, l’énergie motrice mais pas le frottement des axes.

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Support pour l’enseignant

Les élèves découvriront les concepts suivants :
Mesurer les distances
Echelles de lecture et d’étalonnage
Forces
Energie motrice
Inertie
Frottements et résistance à l’air
Recherche scientifique

9686 Ensemble de machines simples et motorisées (nous vous recommandons de prévoir un ensemble pour deux élèves)
4 mètres de sol lisse
Ruban-cache
Mètre-rouleau ou ruban de couturière
Planche en bois ou étagère d’au moins 1 mètre de long
Pile de livres ou boîtes pour surélever la planche
Gardez des briques LEGO® pour prendre des mesures
Marqueur à tableau blanc
Ciseaux

Matériel pour les élèves

Fiche de travail de l’élève

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