Les machines simples

Nous avons travaillé au cours de plusieurs séances sur des dispositifs astucieux permettant de faciliter le déplacement de charges, à savoir : 

- le plan incliné 

- le levier 

- les poulies

J'y ai également ajouté un travail sur les engrenages et les courroies.

Ces dispositifs astucieux sont appelés des machines simples. 

Ces machines simples peuvent être combinées, et deviennent alors des machines complexes.  Grâce aux machines simples, on peut facilement expliquer le fonctionnement des machines complexes ! 

Objectif:

Comprendre le mécanisme des machines simples

Socle commun:  

- Pratiquer une démarche d’investigation : savoir observer, questionner.

- Manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter, mettre à l’essai plusieurs pistes de solutions.

- Exprimer et exploiter les résultats d’une mesure ou d’une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l’écrit et à l’oral.

- Comprendre le fonctionnement d'objets techniques.

- S'approprier un vocabulaire spécifique relatif aux machines: levier, pivot, bras de levier moteur et résistant, plan incliné, dynamomètre, poulies, palan, transmission, rotation, engrenage, roues dentées, le pignon, roue menante, roue menée, courroie.

Finalité:

Participer au forum des sciences et transmettre ce que chaque élève a compris.

Soulever une charge 

Pour chaque situation les élèves vont : 

- faire l’expérience en tirant à l’aide d’une ficelle non élastique 

- décrire ce qu’ils ressentent et observent (facile/difficile... avec des nuances) 

- mesurer avec un élastique et renseigner le tableau 

- mesurer avec un dynamomètre et renseigner le tableau 

- noter la conclusion dans le tableau 

 Manipulations : soulever une charge avec un plan incliné

Fiche à remplir au fur et à mesure des manipulations 

Manipulations : soulever une charge avec un levier

Où mettre le pivot pour soulever la caisse sans effort?

Quand le pivot est près de la caisse, il est facile de la soulever.

Quand le pivot est loin de la caisse, il est difficile de la soulever.

Les élèves expérimentent les différentes positions possibles.

Fiche à remplir au fur et à mesure des manipulations 

Manipulations: Soulever une charge avec des poulies

1) Sans poulie, en utilisant un élastique puis un dynamomètre 

2) Avec une poulie

Fiche à remplir au fur et à mesure des manipulations 

Les élèves ont compris qu'avec une poulie simple fixe, l’effort à fournir pour soulever la charge est égal au poids de la charge et que donc l’intérêt de ce système est essentiellement dans la direction du mouvement; avec deux poulies (poulie fixe + poulie mobile) l’effort à fournir pour soulever la charge est égal à la moitié du poids de la charge; enfin qu'il y a une relation entre le nombre de poulies et le "gain en force".

Manipulations : les engrenages

 Consigne: "Réalisez un montage de sorte que lorsque l'on tourne une roue, l'autre ou les autres soient aussi en mouvement" 

Dans un engrenage, la rotation d'une roue entraîne la rotation des autres roues.

Deux roues côte-à-côte tournent en sens contraire.

La roue la plus petite (le pignon) tourne plus vite que la plus grande.

Soulever un seau rempli de sable 

1) sans machine

2) Avec un palan - double poulies-

Les courroies 

Après avoir découvert les courroies, demander aux enfants comment faire pour inverser le mouvement de la roue menée et de la roue menante.

Le sens de rotation est conservé. La poulie et la courroie transmettent le mouvement.

En croisant l'élastique, le sens de rotation est inversé.

Diaporama sur les engrenages 

Questionnaire 

7 défis  à proposer à vos élèves pour s'assurer de leur compréhension

"Des machines du Moyen Âge à la Renaissance - À la découverte des forces" est une mine. Ce  livret pédagogique très riche est  proposé par l'académie de Nancy-Metz, la main à la pâte du Grand Nancy, La Maison des Sciences, l'Académie des Sciences et L'université de Lorraine. C'est grâce à ce livret et au concours de La Maison des Sciences et à notre partenariat avec l'école Centrale que j'ai pu articuler ces séances.

Après cette journée enrichissante passée au Forum des Sciences, les enfants ont dû rédiger un compte-rendu de sortie. 

Quelques exemples à consulter:

1er exemple:

2ème exemple:

3ème exemple:

4ème exemple: