[PDF] Bloc 1 : La stabilité une question déquilibre…

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St ructures et mécanismes - Bloc 121Bloc 1 : La stabilité, une question d'équilibre... 3 heure sDuré e : Prin cipes scientifiques Les principes scientifiques s'adressent aux enseignantes et aux enseignants.Struc tureUne struc ture est une forme qui résiste aux forces qui, autrement, entraîneraient un changementde for me ou de taille. Pour conserver son intégrité, toute structure doit pouvoir résistereff

icacement aux forces qui cherchent à la déplacer ou à la renverser et à celles qui tendentà cha

nger sa forme en l'écrasant, en l'étirant, en la tordant ou en la brisant en pièces. Noustrouvons, dans le monde qui nous entour

e, trois catégories de structures : les structuresà ossature , les structures pleines et les structures à coque. Les struct ures à ossatureL

es structures à ossature sont formées d'un assemblage de composantes qui supporte une charge.Cha

que composante fait partie d'un tou t et ne peut, par elle-même, supporter la charge (p. ex., lachar pente d'une maison).Les struct ures pleinesCes structure

s sont pleines, car il n'y a pas de vide entre leurs différentes composantes (p. ex., unmur de bé

ton).Le s structures à coqueL es structures à coque peuvent être définies comme des structures à la fois rigides et videsà l'intérie ur (p. ex., la coque d'un bateau).S tabilitéI

l est important de faire la distinction entre l'équilibre et la stabilité. Une structure est en situationd'équilibre lor

sque toutes les forces qui agissent sur elle sont égales et gardent ce corps dans unétat de r

epos qui peut être précaire. La stabilité, par contre, permet à la structure de récupérer sonétat d'é

quilibre, même après a voir subi un changement de force tendant à la renverser.L

orsque la gravité agit sur une structure, chacune de ses composantes subit une attraction vers late

rre. La résultante de toutes ces forces d'attrac tion est le poids de la structure. Le point à partirduquel ag it toute la force de gravité d'un objet se nomme centre de gravité. I

l est utile, en analysant des forces, de parler du centre de masse : point sur lequel repose la masseentière

d'une structure. L

a position du centre de gravité est largement responsable de l'équilibre et de la stabilité de lastructure

. La position du centre de gravité d'une structure lui permet de maintenir l'équilibre desforc es externes agissant sur elle pour qu'elle demeure stable. 22
Sciences et technologie, 7 annéeeEssentiellement, pour qu' une structure demeure stable, son centre de gravité doit se trouver au-dessus de sa ba se de sustentation (base de la structure). Aussitôt qu'il se déplace, la structuretom

be inévitablement, à moins que de nouvelles forces ne surviennent pour contrebalancer ledéséquilibre.

Un

e structure est stable lorsqu'elle repose solidement sur une base et que son centre de gravité setrouve à

l'intérieur de points d'appui. Généralement, plus une structure a une base large, plus soncentr

e de gravité est bas et plus elle est stable. S ymétrieUne struc

ture est symétrique si vous tracez une ligne imaginaire de haut en bas au centre et queles deux côtés sont identiques.

Da

ns une structure symétrique, le centre de gravité se trouve au centre, ce qui permet de répartirles cha

rges permanentes également de chaque côté. Cette structure est plus facile à construire etmoins coûteuse.

Ca rte sémantique du domaineVo us trouverez la carte sémantique en format Smart Ideas ainsi qu'en format pdf dans le cd quiacc ompagne ce module. St ructures et mécanismes - Bloc 123Aper

çu du bloc Dans c

e bloc d'enseignement, l'élève se familiarise avec les concepts de stabilité et de structure,e

t applique ces notions dans une situation à caractère technologique. Elle ou il apprend aussià

utiliser un plan de questionnement. V ocabulaire du bloc str ucturecharge centre de masse fo rceéquilibre centre de gravité structure à ossaturestabilité base de sustentation str ucture pleinegravité symétrie structure

à coquepoids forme rigide co

nstruction symétriqueassemblageNa ture de la difficulté des notions présentées L

es élèves mélangent souvent la notion d'équilibre et de stabilité. Elles et ils ont aussi de ladif

ficulté à comprendre la notion de centre de gravité et à le trouver sur des structures.Stratégies po

ur développer des habiletés liées à la littératie et à lanumér atie- concevoir un lexique scientifique;- afficher le vocabulaire du bloc sur la carte sémantique;- u tiliser des ressources médiatiques; - c onstruire des formes tridimensionnelles;- p rendre et enregistrer des mesures.No tes de planification-

Les élèves auront besoin d'une reliure à anneaux ou d'une couverture de présentation avecre

liure à attaches (Duo-Tang) pour insérer les annexes et d'un cahier à reliure contenant desfeuilles lig

nées pour leur journal scientifique.- Photocopier les annexes qui seront remises aux élèves.- Photocopier le référentiel en quantité suffisante.-

Réserver le laboratoire d'informatique.-

Préparer le laboratoire d'informatique pour naviguer dans un site Web.-

S'assurer que les élèves ont un journal scientifique qui servira à consigner leurs résultats, leursint

erprétations, leurs idées et leurs apprentissages.-

Réserver un endroit dans la salle de classe pour construire une carte sémantique géante et,à mesure

que vous enseignez des notions, les placer dessus pour que les élèves fassent des liensentre les notions : cela facilitera l'apprentissage.- Afficher le plan de questionnement à un endroit visible dans la salle de classe.- Utiliser du papier journal au lieu des pailles à l'activité de défi de l'annexe 4.- Aller chercher le diaporama sur les structures (structure.shw) sur le cédérom. 24

Sciences et technologie, 7 annéeeMatériel

P our le groupe-classe- bâton de hockey- sac de plastique- disque compact P our chaque élève- ciseaux - pailles- ruban-cache P our chaque équipe de deux- assiettes de carton- crayons- pâte à modeler- boîtes de carton- ficelle- pistolet à colle Médias

électroniquesDi

aporama en format présentation pour les structures (structure.shw)Site W ebww w.meubles.com/ww w.braultetmartineau.com/Ann exes Annexe 1 : Où est le ce ntre de gravité?An nexe 2A : Estimons le centre de gravitéAn nexe 2B : Estimons le centre de gravité - CorrigéAnnexe 3 : L igne d'actionAnnexe 4 : Défi de s paillesRess ourcesGAL

BRAITH, Don, et al. Omnisciences 7, Montréal, Les éditions de la Chenelière, 2000, p. 434-459.

GI

BB, Ted, et al. Sciences et technologie 7, Laval, Les éditions Beauchemin, 2000, p. 134-147.Technoscie

nce 7 année - guide pédagogique, Ottawa, Centre franco-ontarien de ressourcesepédag ogiques, 2001, p. 7-25. St ructures et mécanismes - Bloc 125Dé roulement du bloc 10 minutesM ise en situation : - Décrire explicitement le contenu du bloc en vous inspirant de l'aperçu. -

Demander aux élèves de dessiner une bulle au centre d'une page de leur journal scientifique etd'

y écrire le mot structure. Par la suite, leur demander de faire un remue-méninges en écrivantautour de

la bulle les éléments qu'elles et ils connaissent sur les structures. -

Faire un retour avec les élèves en écrivant, au tableau, les points importants relevés et enmettant l'ac

cent sur les concepts qui seront étudiés dans le domaine. - Écrire, au tableau, la définition du mot structure : - Poser aux élèves la question suivante :• Quels mots sont importants dans cette définition? - Mettre l'accent sur forme et résiste aux forces. -

Demander aux élèves d'écrire la définition dans leur journal scientifique et de colorier en rougele

mot forme et l'expression résiste aux forces.- Discuter avec les élèves des structures qu'elles et ils connaissent. 10

0 minutes Ex

périmentation : Ty pes de structures-

Présenter les trois types de structures à l'aide de photos, puis faire ressortir ce qui caractérisechaque

catégorie de structure et l'écrire au tableau comme dans l'encadré. • Les structures à ossature sont formées d'un assemblage de composantes qui supporte unechar ge. •

Les structures pleines sont pleines; il n'y a pas de vide entre les différentes composantesde la struc

ture. •

Les structures à coque peuvent être définies comme des structures à la fois rigides etvides à l'intér

ieur.Une struc ture est une forme qui résiste aux forces qui, autrement, entraîneraient unchang ement de forme ou de taille. 26

Sciences et technologie, 7 annéee-

Dire aux élèves qu'elles et ils vont visionner ou regarder des photos de structures que l'ontrouve da

ns le monde et qu'elles et ils devront déterminer la catégorie à laquelle ellesappar tiennent. - Afficher le plan de questionnement en salle de classe.-

Expliquer aux élèves que le plan de questionnement permet d'appliquer une méthode qui misesur la compr

éhension. Expliquer que vous modéliserez ce plan pour que les élèves voientclaire ment la façon dont elles et ils en feront usage tout le long du cours de rattrapage. M odelage-

En partant de la tâche suggérée aux élèves, faire un modelage à voix haute de l'utilisation duplan de que

stionnement en vous inspirant du contenu de l'encadré. Qu'e st-ce qu'on me demande de faire?On me de mande d'identifier la catégorie de structure.Qu'e st-ce qui m'aide à faire la tâche?Connaître les caractéristiques de c haque catégorie de structure.Com ment je m'y prends?Je proc ède par élimination en observant chaque structure.J

e regarde la structure attentivement et je vérifie si elle est pleine : si oui, c'est une structureple

ine. Si non, je regarde s'il y a un assemblage de composantes : si oui, c'est une structureà o

ssature. Si non, je regarde si la structure à un vide à l'intérieur : si oui, c'est une structureà coque.

Sui s-je certain ou certaine de ma réponse? Y a-t-il d'autres solutions possibles?J e vérifie la structure une autre fois pour voir s'il n'y a pas d'autres réponses possibles.- Commencer la présentation du diaporama (structure.shw).-

Faire les premières diapositives avec les élèves en posant les questions et en les laissanty

répondre.- Faire une rétroaction après chaque diapositive pour renforcer l'utilisation du plan dequ estionnement.Pratique guidée

Présenter d'autres structures aux élèves en leur laissant du temps pour se questionner enéquipes de

deux et pour répondre dans leur journal scientifique.- Corriger avec les élèves pour s'assurer qu'elles et ils ne retiennent pas de connaissanceserr onées. - Faire un retour sur les types de structures en questionnant les élèves. St ructures et mécanismes - Bloc 127-

Demander aux élèves de formuler une définition pour chaque catégorie de structures, dans leurjournal scientifique

Placer les expressions structure à ossature, structure à coque et le mot pleine sur la grandecar

te sémantique.Le centr e de gravité-

Discuter de l'expression centre de gravité.-

Prendre un bâton de hockey et demander à un ou à une élève de le tenir en équilibre sur sonindex.

Faire remarquer aux élèves que : " Le point où le hockey est en équilibre est le centre deg

ravité. ».- Mentionner aux élèves que toutes les structures ont un centre de gravité. - Prendre un sac de plastique contenant des objets et l'accrocher au hockey. -

Demander aux élèves de faire une hypothèse sur la nouvelle position du centre de gravité. -

En permettant aux élèves d'expérimenter, trouver le centre de gravité du hockey et discuter deson chang

ement de position.- Présenter l'expérience sur le centre de gravité de l'annexe 1.Note : Pour être capable de trouver le centre de gravité du CD, les élèves auront à placer desmorce aux de carton au centre du disque compact; un de chaque côté du disque.- Laissez-les chercher la solution, si elles et ils sont en panne, donnez-leur des indices.- Lire des consignes en posant aux élèves des questions telles que :• Qu'est- ce que tu as compris de la consigne?•

Que signifie le mot rebord?M

odelageRépondre a vec les élèves au plan de questionnement avant de commencer la tâche.Pratique guidée

Placer les élèves en équipes de deux. -

Leur laisser le temps de faire l'expérience et de répondre aux questions.- Faire un retour sur l'expérience en posant des questions telles que :•

Quel était le but de l'expérience?•

Comment as-tu trouvé le centre de gravité?• Où était le centre de gravité du disque compact? 28

Sciences et technologie, 7 annéee-

Poser les questions suivantes :•

Si tu lèves un bloc de ciment au bout de tes bras, est-ce que ton centre de gravité se situe plusve

rs le haut ou vers le bas? Comment le sais-tu? (vers le haut)•

Que pourrais-tu faire pour descendre le centre de gravité de ton corps? (t'accroupir, écarterte

s jambes)É quilibre et stabilité-

Pour permettre aux élèves de comprendre la différence entre équilibre et stabilité, leurdemande

r de se lever et de trouver, en restant debout sur une jambe, une position d'équilibre.L eur demander ensuite de trouver une position stable. -

Prendre une position d'équilibre sur une jambe et demander à un ou à une élève de vouspousser lég

èrement sur les épaules. Ensuite, placer une jambe en avant et l'autre en arrière, etdemande

r à l'élève de vous pousser de nouveau. -

Discuter de la démonstration pour expliquer les termes stabilité et équilibre en s'inspirant del'enc

adré. I

l est important de faire la distinction entre l'équilibre et la stabilité. Une structure est ensituation d'équilibre lorsque toutes les f

orces qui agissent sur elles sont égales et la gardentdans un éta

t de repos qui peut être précaire. La stabilité, par contre, permet à la structure deré

cupérer son état d'équilibre, même après avoir subi un changement de force qui tend à larenve

rser.-

Poser la question suivante :•

Est-ce qu'une structure stable est en équilibre? (oui, elle est en équilibre) -

Écrire en gros au tableau : " Plus le centre de gravité d'une structure est bas, plus la structureest stable. »

Remettre l'annexe 2A aux élèves et leur demander d'estimer où se trouve le centre de gravitédes structure

s. M odelage-

Faire la première illustration avec les élèves en utilisant le plan de questionnement. Qu'e

st-ce qu'on me demande de faire?On me de mande d'estimer la position du centre de gravité.Qu'e st-ce qui m'aide à faire la tâche?Comprendre c e qu'est le centre de gravité.Savoir comment trouver le centre de gravité.Com ment je m'y prends? St ructures et mécanismes - Bloc 129Je re

garde la structure attentivement et j'évalue si la masse de la structure est plus grandevers le bas ou v

ers le haut, puis j'estime la position.Sui s-je certain ou certaine de ma réponse? Y a-t-il d'autres solutions possibles?J

e vérifie la structure une autre fois pour voir s'il n'y a pas d'autres réponses possibles.Pratique guidée

Donner du temps aux élèves en équipes de deux pour estimer la position des trois autresstructure

s. - Corriger avec les élèves en s'inspirant de l'annexe 2B.- Ajouter les termes stabilité et centre de gravité à la carte sémantique géante.- Présenter l'expérience sur la ligne d'action de l'annexe 3. - Lire les consignes en posant aux élèves des questions telles que :•

Qu'as-tu compris de la consigne?•

Que veut dire le mot déséquilibre? -

S'il y a lieu, faire une démonstration de la consigne. Pratique guidée

Placer les élèves en équipes de deux. -

Répondre avec les élèves au plan de questionnement avant de commencer la tâche. - Leur laisser le temps de réaliser l'expérience et de répondre aux questions. - Faire un retour sur l'expérience en leur posant des questions telles que :• Que peux-tu conclure de cette expérience?•

Est-ce qu'il était plus facile de renverser la boîte lorsqu'elle était debout ou couchée?Po

urquoi?• À quel moment la boîte s'est-elle renversée? -

Écrire en gros au tableau : " Plus la base d'une structure est large, plus la structure est stable. »-

Refaire l'expérience avec la boîte en lisant la phrase au tableau.-

Écrire en gros au tableau : " Lorsque le centre de gravité se déplace à l'extérieur de la base dela structure

, celle-ci tombe. »- Refaire l'expérience avec la boîte en lisant la phrase au tableau. 30

Sciences et technologie, 7 annéeeRap

pel de sécurité- Expliquer et montrer la marche à suivre dans l'utilisation du matériel et del'

équipement.-

S'assurer qu'il y a une supervision adéquate pendant l'utilisation d'objets pointus tels quede s ciseaux, des couteaux à lame rétractable, des aiguilles ou des punaises.Symé trie-

Poser la question suivante :•

Qu'est-ce qu'une structure symétrique?-

Écrire la définition au tableau.Structure

symétrique : Une structure est symétrique si vous tracez une ligne imaginaire deha ut en bas au centre et que les deux côtés sont identiques.- Écrire, au tableau, les questions suivantes :• Que se passe-t-il avec le centre de gravité dans une structure symétrique?• Quels sont les avantages d'une construction symétrique? -

Demander aux élèves de réfléchir, puis d'écrire ce à quoi elles et ils ont pensé dans leur journalscientifique.

Faire un retour avec le groupe-classe en expliquant que, dans une structure symétrique, lecentr e de gravité se trouve au centre, ce qui permet de répartir les charges permanenteség

alement de chaque côté. Cette structure est aussi plus facile à construire et moins coûteuse. -

Demander aux élèves d'écrire la définition d'une structure symétrique et les avantages d'enconstruire

dans leur journal scientifique. - Placer l'expression construction symétrique sur la carte sémantique géante. 8 minutesObj ectivation : -

Demander aux élèves d'écrire, dans leur journal scientifique, ce qu'il est important de retenirde leur

apprentissage.- Faire un retour à l'aide de la carte sémantique géante. 40 minutesRé investissement : Pratique autonome Présenter aux élèves le défi de l'annexe 4. St ructures et mécanismes - Bloc 131- Répondre avec les élèves au plan de questionnement avant de commencer la tâche. -

Demander aux élèves de faire individuellement un croquis dans leur journal scientifique et deconstruire

leur structure. -

Lorsque les élèves ont terminé, garder les structures, puisqu'elles et ils en auront besoin auprocha

in bloc. 22 minutesÉv aluation formative : -

Demander aux élèves d'aller sur un des sites proposés dans la section Médias électroniques etde trouve

r un exemple de structure pour chaque catégorie (ossature, pleine, à coque).- Leur demander aussi de trouver une structure stable et d'expliquer pourquoi elle l'est.- Ramasser les fiches pour vérifier la compréhension des élèves. 32

Sciences et technologie, 7 annéeeAn

nexe 1O

ù est le centre de gravité?Maté

riel- assiette de carton- crayon avec gomme à effacer neuve- pâte à modeler 1.

Placer l'assiette sur la gomme à effacer du crayon et trouver le point sur lequel l'assiette tient enéquilibre. F

aire un X à cet endroit. Que nous indique c e X?_____________________________________________________________________________ 2.

Placer un morceau de pâte à modeler sur le rebord de l'assiette et trouver le point sur lequell'assiette tient en é

quilibre.F aire un X à cet endroit. Que nous indique c e X?_____________________________________________________________________________ 3.

Déplacer le morceau de pâte à modeler à différents endroits sur l'assiette et trouver le pointd'équilibre.

4.

Placer des quantités différentes de pâte à modeler à divers endroits sur l'assiette et trouver le pointd'équilibre.

St ructures et mécanismes - Bloc 1335. Trouver le centre de gravité d'un disque compact. 34

Sciences et technologie, 7 annéeeAn

nexe 2aEst imons le centre de gravité Tr ouver le centre de gravité des structures suivantes : St ructures et mécanismes - Bloc 135An nexe 2bE stimons le centre de gravité - CorrigéTr ouver le centre de gravité des structures suivantes : 36

Sciences et technologie, 7 annéeeAn

nexe 3Li gne d'action 1. Trouver le centre de gravité d'une boîte. 2.

Coller une corde sur la surface extérieure de la boîte vis-à-vis de son centre de gravité.

3.

Couper la corde de manière qu'elle dépasse de la boîte et placer un objet au bout de la corde pourqu'elle soit tendue.

4

.Placer la boîte sur le bord d'une table et appliquer une légère force externe (F) sur sa partiesupérieur

e. Observer la corde jusqu'à ce que la boîte soit en déséquilibre. No ter vos observations : _____________________________________________________________________________ St ructures et mécanismes - Bloc 1375.

Placer la boîte à l'horizontale et appliquer une légère force externe (F) sur sa partie supérieure.Observe

r la corde jusqu'à ce que la boîte soit en déséquilibre.No ter vos observations : _____________________________________________________________________________

6. Placer

une masse au fond de la boîte et trouver son nouveau centre de gravité.7.

Placer la boîte sur le bord d'une table et appliquer une légère force externe sur sa partiesupérieur

e. Observer la corde jusqu'à ce que la boîte soit en déséquilibre.No ter vos observations :_____________________________________________________________________________

Conclure.

38

Sciences et technologie, 7 annéeeAn

nexe 4D

éfi des paillesTu dois conce

voir et construire une structure à ossature la plus stable possible.Ta struc

ture doit mesurer 60 cm et être capable de résister à la plus grande force latérale (de côté)po

ssible. M atériel - pailles- ruban-cache St ructures et mécanismes - Bloc 139R

éférentielUne struc

ture est une forme qui résiste aux forces qui, autrement, entraîneraient unchang ement de forme ou de taille. L es structures à ossature sont formées d'un assemblage de composantes qui supporte unechar ge.L

es structures pleines sont pleines; il n'y a pas de vide entre les différentes composantes de lastructure

.L

es structures à coque peuvent être définies comme des structures à la fois rigides et videsà l'intérie

ur. St ructures et mécanismes - Bloc 241Bloc 2 :

Les forces et les structures 3 heure

sDuré e : Prin cipes scientifiquesL es principes scientifiques s'adressent aux enseignantes et aux enseignants.Fo rceUne f

orce est une poussée ou une traction. Une force donne de l'énergie à un objet pour le mettreen mouvement, l'a

rrêter ou changer la direction de son mouvement. Les forces agissent en paireset peuve

nt être en équilibre ou en déséquilibre. Les forces équilibrées ne causent pas dechang

ement ni de mouvement. Elles sont égales en importance et opposées en direction. F orces et structures Une f orce externe est une force appliquée sur une structure.Une f orce interne est une force agissant à l'intérieur d'une structure. Un

e force externe appliquée à une structure se traduit par des forces internes agissant à l'intérie

ur de la structure. F orce de compression Ce

tte force comprime la matière. Lorsqu'une matière subit une compression, elle tend à devenirplus courte.

F orce de tension Cette forc

e étire la matière. Lorsqu'une matière subit une tension, elle tend à devenir plus longue.

42

Sciences et technologie, 7 annéeeAper

çu du bloc Dans c

e bloc d'enseignement, l'élève se familiarise avec le concept de force interne dans lesstructure

s et applique cette notion dans une situation technologique. L'élève développe aussi seshabiletés à

utiliser la méthode scientifique en apprenant la façon de contrôler des variables. V ocabulaire du blocforc e externeforce de compressionpousséeforc e interneforce de tensiontractionma tièrevariableNa ture de la difficulté des notions présentées L

es élèves ont de la difficulté à comprendre que, dans une même section d'une structure,il peut y

avoir des forces de compression et des forces de tension.Stratégies po ur développer des habiletés liées à la littératie et à lanumér atie- concevoir un lexique scientifique;- afficher le vocabulaire du bloc sur la carte sémantique;-

concevoir un jeu de vocabulaire scientifique (p. ex., grille de mots croisés avec le vocabulaireappris);

lire dans Internet au sujet des forces;- utiliser des ressources médiatiques; - utiliser la mesure et les unités mathématiques;- prendre et enregistrer des mesures;- construire de formes tridimensionnelles (3D). No tes de planification-

S'assurer d'avoir le matériel nécessaire.-

Photocopier en quantité suffisante les annexes 1 à 7.- Photocopier le référentiel en quantité suffisante.-

S'assurer d'avoir un projecteur multimédia.-

Aller chercher le diaporama sur les variables (variable.shw) dans le cédérom. Matériel P our le groupe-classe- corde- ballon de baudruche- ruban à mesurerP our chaque élève-

10 bâtonnets à brochette-

20 cure-dents

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