Note : nous conseillons d’avoir mené au moins une partie de la séquence d'activités sur la roue avant de travailler sur le train, ne serait-ce que pour que les élèves soient familiarisés avec la notion de force et avec l’instrument permettant de la mesurer : le dynamomètre.
Notions et connaissances travaillées :
- Le rail, utilisé depuis la fin du XVIIIe siècle, facilite le transport de charges lourdes.
- Il est plus facile de déplacer une charge sur des rails que sur un sol meuble.
- Le rail permet d’éviter que la charge s’enfonce dans le sol, et de guider le mouvement.
- Pour faire tourner ses roues, la locomotive a besoin d’un moteur pour transformer l’énergie (énergie thermique ou électrique en énergie mécanique).
- En 1804, la première locomotive utilise une machine à vapeur
- Dans un moteur à vapeur, de l’eau liquide est chauffée et transformée en vapeur (gaz).
- Ce gaz sous pression permet de pousser un piston qui entraîne la rotation de l’axe des roues.
- Les roues motrices sont mises en mouvement grâce à un système de bielle-manivelle relié aux pistons.
- Il est possible de transformer un mouvement de translation en un mouvement de rotation.
- L’aller-retour permanent du piston permet de mettre en mouvement la roue.
Séance d'activité : Quels sont les avantages du rail ?
Résumé : Les élèves expérimentent et comprennent que le rail est efficace pour transporter une lourde charge quelle que soit la nature du sol.
Séance d'activité : Comment les transports ferrés ont-ils évolué au cours de leur histoire ?
Résumé : À travers l’historique du train, les élèves commencent à étudier son fonctionnement et les différents éléments qui constituent la locomotive.
Séance d'activité : Comment fonctionne la machine à vapeur ?
Résumé : À travers une expérimentation (démonstration) et une étude documentaire, les élèves constatent que la vapeur sous pression peut mettre en mouvement un piston.
Séances d'activités : Comment transformer un mouvement de translation en un mouvement de rotation ? (x2)
Résumé : Les élèves réfléchissent à la façon dont le mouvement de translation (pistons mis en mouvement par la machine à vapeur) est transformé en mouvement de rotation au niveau des roues. Ils fabriquent ensuite une carte animée. Après avoir testé leur propre dispositif, les élèves examinent le fonctionnement d’un système bielle-manivelle existant, et en construisent un prototype.
Activité : Comment fonctionne la locomotive à vapeur ? (bilan)
Résumé : Cette séance revient sur le fonctionnement global de la locomotive à vapeur (moteur à vapeur + bielle-manivelle).
Cette ressource est issue du projet En marchant, en roulant, en naviguant... je suis écomobile !
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