Le fonctionnement du levier

Cycle 3

Type de ressources

Séquence d'activités

Contributeur(s)

Équipe La main à la pâte

Thème(s) Scientifique(s) 1er degré

Equilibres

Crédits

Creative Commons

Mots clés

levier

rotation

équilibre

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Cette séquence propose des activités pédagogiques dont l'objectif est de comprendre que la mise en rotation d'un solide par une force de grandeur donnée se fait plus ou moins efficacement selon la distance entre l'axe de rotation et l'endroit où s'applique cette force.
L'étude est menée en partant d'un objet particulier : le levier. Celui-ci est constitué d'une barre rigide mobile autour d'un axe de rotation appelé « pivot » (et aussi, anciennement, « point d'appui »). Un levier modifie la force à exercer. Au-delà de l'objet, l'objectif est de comprendre que le même principe est à l'oeuvre dans d'autres dispositifs techniques. Nous avons choisi le pont-levis qui n'est pas un levier au sens strict mais dont le fonctionnement relève du même principe. Une séance est également consacrée à la reconnaissance du principe des leviers dans les organismes vivants.
À travers ces exemples, nous souhaitons illustrer l'intérêt et la complémentarité d'approches relevant de disciplines différentes : recherche d'un principe général s'appliquant dans différents contextes (dispositifs techniques, monde du vivant) ; constructions ; recherche d'une solution technique ; étude de mécanismes.
Ainsi, pour soulever un objet donné, peut-on, à la limite, utiliser une force aussi petite qu'on veut, pourvu qu'on utilise un levier assez grand. «Donnez-moi un point d'appui : je soulèverai le monde» disait Archimède trois siècles avant notre ère. Mais en contrepartie, on constate aussi que l'on soulèvera l'objet moins haut.
Ce dernier aspect, tout à fait général, a une grande importance théorique car il est en rapport avec le principe de conservation de l'énergie.

Cette séquence d'activités est extraite du document "Enseigner les sciences à l'école" et a été réalisée par le MJENR/DESCO et l'Académie des sciences/La main à la pâte.

Plan de la séquence

Etapes	Description
1. Comment soulever le bureau de l'enseignant ? 2. Comment les hommes des temps anciens soulevaient-ils des charges ?	Collectivement puis par petits groupes, les enfants cherchent le moyen de parvenir à soulever le bureau de l'enseignant. Les idées sont classées dans un tableau à deux colonnes : machines motorisées/ utilisant la force humaine. Collectivement, le maître évoque quelques constructions réalisées depuis l'aube de l'humanité avant que n'existent les machines motorisées puis, par petits groupes, les élèves construisent des machines à base de leviers à partir d'images présentant des dispositifs des temps anciens. Collectivement, est introduite l'idée de levier.
3. et 4. Comment réduire l'effort à l'aide d'un levier ?	Collectivement, le maître propose aux enfants de travailler sur des leviers qui ressemblent à leurs maquettes, mais plus simples, plus pratiques et plus robustes. Ils doivent réussir à soulever une boîte contenant 10 écrous en utilisant le matériel fourni. Par petits groupes, les élèves font leurs expériences. La synthèse collective aboutira à dégager les quelques règles régissant le principe des leviers.
5. Comment fabriquer une maquette de pont-levis ?	Collectivement, l'enseignant propose le projet de fabrication d'un pont-levis, comme dans un château fort. La fabrication a lieu en petits groupes. La synthèse expliquera les difficultés rencontrées et la manière dont elles ont été résolues.
6. Où fixer l'attache du fil sur la passerelle ?	A partir du matériel proposé, les enfants doivent imaginer puis réaliser une expérience destinée à montrer qu'il est plus facile de soulever la passerelle en fixant les fils loin de l'axe de rotation. L'expérience est réalisée en petits groupes. La synthèse permettra d'apporter une réponse à la question initiale : la passerelle est plus facile à soulever si le fil est attaché loin de l'axe.
7. Qu'est-ce qui est pareil, qu'est-ce qui n'est pas pareil ?	Collectivement, le maître après avoir schématisé les deux dispositifs, demande aux enfants de comparer les deux dessins en disant ce qui est pareil et ce qui ne l'est pas. Par petits groupes, les enfants remplissent le tableau. La synthèse montrera l'abstraction d'un principe commun et la formulation définitive de règles simples mais générales.
8. Y a-t-il des leviers dans les organismes vivants	Il s'agit d'utiliser des documents vidéo, multimédia et photographiques afin de démontrer que le mécanisme du levier intervient également dans le monde du vivant où il convient de mettre en évidence sa présence.
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