Ensemble de machines simples et motorisées

Balayeur

Étudiez les concepts scientifiques en lien avec les engrenages coniques, l’amplification par engrenage, les poulies, les systèmes de sécurité, la distance et la friction.

45 à 90 min.
Intermédiaire
Niveaux 6-8
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Connecter

(5-10 Minutes)

Le chemin est couvert de déchets et de feuilles. Ce n’est pas très joli et quelqu’un pourrait glisser ! Maintenant, Tom et Lisa doivent le nettoyer mais ils n’ont pas envie de balayer et ils préféreraient jouer avec leur petite voiture.

Caramel le chien essaie de les aider mais il n’est pas très doué.

Soudain, ils ont une idée: associer le balai à la petite voiture. Mais ils ne savent pas très bien comment faire.

Comment, à la fois, pousser une petite voiture et nettoyer un chemin ?
Voyons voir !

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Construire

(20-25 Minutes)

Réalisez le parc d’essai
Utilisez le dessus d’une table lisse ou le sol et posez votre paroi ou votre boîte anti-déchets dessus.

Répartissez également les bandelettes de papier chiffonné, dans un rectangle de 10 cm de largeur et 60 cm de longueur. C’est le chemin couvert de déchets.

Laissez plein de place de chaque côté du chemin, pour que les bandelettes puissent voler !

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Construisez le Balayeur
(Livre 1A en entier et livre 1B jusqu’à la page 8, étape11).

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Vérifiez qu’il fonctionne aisément
Poussez-le doucement sur la surface de la table. L’hélice doit tourner librement sans heurter le châssis du chariot et les “lames” du balayeur doivent se déployer et tourner sans toucher la table.

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Contempler

(20-25 minutes)

Est-ce que ça balaie bien ?
Poussez-le le long du chemin encombré de déchets. Quelle est la quantité de déchets que vous balayez ? Un quart ? La moitié ?

Quels sont les problèmes liés à cette forme ? Estimez la quantité balayée par rapport à ce qui reste sur la bande.

L’engin n’est pas très rapide et il ne ramasse pas réellement les déchets !

Le saviez-vous ?
Tous les engrenages à dents régulières, comme le gros engrenage, sont appelés des engrenages droits.

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Quel est l’embrayage du balayeur ?
Poussez le balayeur de façon à faire tourner ses roues une fois. Combien de fois sa tête a-t-elle tourné ? Pouvez-vous l’expliquer ?

La tête du balayeur tourne une fois. L’embrayage est dit 1:1. Tous les embrayages coniques et droits qui interagissent sont de la même taille. Par conséquent, la vitesse ne change pas.

Conseil :
Que font les embrayages coniques? Ils basculent la direction du mouvement de 90°. Ils renvoient de l’énergie motrice selon certains angles !

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Comment le faire balayer plus vite ?
Essayez différentes combinaisons d’engrenages de commande (étape 12, étape 13).

L’étape 12 rend la tête du balayeur bien trop lente ; l’étape 13 la rend 5 fois plus rapide. Notez le pignon à 40 dents qui entraîne le pignon à 8 dents !

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Tom et Lisa aimeraient finir leur travail le plus vite possible, pour que personne ne glisse sur les feuilles et se blesse. Pour les aider, essayez d’ajouter des “lames” à la tête du balayeur (étape 14).

Trois lames le déséquilibrent et le rendent encore moins efficace que 2 lames. Avec quatre lames, c’est déjà mieux et c’est équilibré.

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Attention !
Poussez le balayeur et maintenez sa tête. Que se passe-t-il et quels problèmes cela pourraitil causer ?

Les roues pourraient se bloquer et les engrenages “sauter”. Dans la réalité, des objets coincés dans le balayeur pourraient surcharger la machine ou casser les engrenages.

Continuer

(25-30 Minutes)

Un balayeur plus sûr
Reconstruisez le modèle de façon à ce qu’il soit entraîné par des courroies de poulie. Essayez différents systèmes de poulies. Anticipez et testez la vitesse à laquelle elles tourneront et comment elles balaieront.

La tête du balayeur tourne généralement plus vite. Plus la poulie de commande est grande, plus la rotation est rapide. Toutefois, le balayeur est plus difficile à pousser, parce qu’il y a plus de frottement sur ses axes.

Poussez le balayeur et maintenez sa tête à nouveau. Que se passe-t-il ? Quels sont les avantages et les inconvénients ?

La courroie de commande glisse.

Points positifs :
Lebalayeur s’arrêtera s’il heurte quelque chose. C’est plus sûr pour le conducteur également.

Points négatifs :
Il faut plus d’énergie pour le pousser

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Un collecteur de déchets
Pouvez-vous imaginer un moyen de collecter les déchets au lieu de les pousser simplement sur le côté ?

Support pour l’enseignant

Les élèves découvriront les concepts suivants :
Utiliser des mécanismes – engrenages coniques, amplification, poulies
Essayer avant d’apporter des améliorations
Systèmes de sécurité
Mesurer des distances
Frottements
Recherches scientifiques

9686 Ensemble de machines simples et motorisées (nous vous recommandons de prévoir un ensemble pour deux élèves)
Une grande boîte en carton ou une paroi de carton basse pour empêcher les “déchets” de s’envoler, environ 60 x 40 cm, idéalement
Pour les déchets : utilisez des bandes de papier chiffonnées, des connecteurs LEGO, des bagues, des feuilles d’arbres écrasées, etc.

Matériel pour les élèves

Fiche de travail de l’élève

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