L'équilibre de la grue

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L'équilibre de la grue

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Cycle 3
Durée
Une dizaine de séances

Type de ressources

Séquence d'activités

Contributeur(s)

Thème(s) Scientifique(s) 1er degré

Copyright

CC BY-NC-SA 4.0 International

Les élèves sont lancés dans une démarche technologique de conception d'un objet : ils doivent concevoir une fiche de fabrication de grue. Lors de la réalisation de leur prototype, ils apprennent à couper, percer, assembler le matériau (le bois)  avec  des outils spécifiques. Ce module permet également, à partir de la fabrication de grues, de dégager un problème physique relatif à la notion d'équilibre. Les objectifs sont de comprendre les principes élémentaires de fonctionnement des leviers et balances. Mais aussi : construire des prototypes à partir d\'une photo d'objet, ou d'un modèle réduit ; observer, analyser, isoler des systèmes de fonctionnement ( mouvements, équilibres, poulies) ; réaliser des schémas et une fiche de fabrication ; rechercher de solutions techniques : assemblage pour liaisons fixes ou mobiles, utilisation de poulies.

Étape 1 : Quelle image avons-nous d’une grue ?

Résumé : Toutes les grues ne se ressemblent pas. C’est la grue de chantier qui est l’objet d’étude du module, et non les grues mobiles, télescopiques ou portuaires. Cette première séquence permet une expression des différentes représentations, et éventuellement l’ébauche d’un projet de construction.

Objectifs : Faire émerger les représentations des enfants. Qu’est-ce qu’une grue ? À quoi ça sert ? Comment ça fonctionne ? Objectifs notionnels Amener les enfants à réfléchir sur ce qu’est une grue, à quoi elle sert et comment elle fonctionne.

Étape 2 : Analyse du fonctionnement, et cahier des charges

Résumé : Les élèves analysent le rôle des différents éléments fixes ou mobiles de la grue et prennent connaissance des contraintes techniques de la fabrication du modèle réduit.

Objectifs : Objectifs notionnels : S’approprier un cahier des charges en vue de la fabrication d’un modèle réduit de grue. Observation d’un objet. Faire des hypothèses sur le principe de fonctionnement. Objectifs de savoir-faire : décrire avec précision ; faire des croquis, des schémas. Vocabulaire : charge, masse, mouvement de translation, de rotation (si besoin).

Étape 3 : Elaboration d’un projet de fabrication

Résumé : Découverte d’un cahier des charges. Conception et réalisation d’un plan et d’une fiche précisant les étapes de fabrication, tout en prenant en compte les contraintes matérielles.

Objectifs : apprentissage de la schématisation, anticipation des actions de fabrication, prise en compte de contraintes techniques. Objectif de savoir-faire : rédiger une fiche technique.

Étape 4 : Réalisation de prototypes

Résumé : Les enfants préparent et assemblent les différents éléments d’une grue, selon les plans qu’ils ont établis.

Objectifs : Séance 1 : Objectifs de démarche : apprentissage de la schématisation, anticipation des actions de fabrication, prise en compte de contraintes techniques. Objectif de savoir-faire : choisir un mode d’assemblage « socle / mât / flèche » et utiliser les outils : - permettant la rotation de la flèche par rapport au mât (liaison mobile) ; - assurant une liaison rigide entre le mât et le socle ; - utiliser correctement les outils pour scier avec la boîte à onglets, clouer. Séance 2 : Objectif de savoir-faire : un système de guidage en translation du câble le long du mât et de la flèche ; un système d’enroulement du câble ; un système de fixation du câble.

Étape 5 : Test des maquettes

Résumé : Le maître amène les élèves à mener une analyse technologique des productions : parties fixes et mobiles, type de guidage mis en jeu, problèmes de frottements éventuels, importance du jeu... Les problèmes soulevés peuvent conduire à organiser des séances supplémentaires de recherche de solutions techniques. Pour cela, chaque grue est testée avec trois masses différentes.

Objectifs : Objectifs notionnels : comprendre qu’une grue est limitée en charge. Approche des conditions d’un équilibre (réglage du contrepoids en fonction d’une masse à soulever et à déplacer).

Étape 6 : Étude de la base et de son lest

Résumé : Les élèves étudient le rôle du socle de la grue.

Objectifs : bâtir un protocole expérimental à partir d’une hypothèse ; prendre en compte les variantes possibles ; raisonner à partir d’une maquette ; conclure à partir d’un ensemble de résultats expérimentaux. Domaine de la langue : rédiger un compte-rendu. Vocabulaire : potence, bras de levier, base.

Étape 7 : Equilibre de la flèche

Résumé : L’objectif est d’étudier l’équilibre lié à la répartition des charges de part et d’autre du mât de la grue. On isole pour cela le problème grâce à l’étude de l’équilibre de mobiles simples.

Objectifs : Séance 1 Objectifs notionnels : approche intuitive des conditions d’équilibre de la flèche. Séance 2 : Objectifs notionnels : approche intuitive des conditions d’équilibre de la flèche. Découverte des règles régissant l’équilibre (importance du bras de levier). Objectifs méthodologique : interpréter un résultat d’expérience.

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