Aller au contenu principal

Comment une surface influe-t-elle sur le mouvement?

Glissades d’eau

Glissades d’eau (Michal Jarmoluk, Pixabay)

Glissades d’eau

Glissades d’eau (Michal Jarmoluk, Pixabay)

Format
Sujets
Parlons sciences

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « prédire », « planifier » et « analyser et interpréter » en élaborant et en réalisant un test objectif afin d’étudier les propriétés des matériaux qui influent sur le mouvement des objets.

Survol

Les élèves utilisent les habiletés « prédire » et « planifier un test objectif » pour étudier l’influence de différentes surfaces solides sur le mouvement d’un objet placé sur une rampe.

Durée
30-45 minutes

Mise en contexte

Imaginez un monde sans friction (frottement). Vous ne pourriez pas vous asseoir longtemps sur une chaise sans tomber du siège. Vous ne pourriez pas tenir debout longtemps non plus, car vos pieds n’adhéreraient pas au sol pour maintenir votre corps à la verticale. De même, à vélo, vous pourriez pédaler à grande vitesse sans effort, mais vous n’iriez nulle part, parce que vos roues n’auraient aucune prise sur le sol pour vous faire avancer.

La friction est la force qui s’oppose au mouvement – il le ralentit et il l’arrête. La friction est le résultat d’un contact entre deux objets. Elle se produit quand deux matériaux solides frottent l’un contre l’autre, mais aussi quand des formes différentes de matière se traversent (p. ex., un solide qui passe dans un fluide comme l’air ou l’eau crée une résistance de l’air ou de l’eau).

Dans le cadre de cette enquête, les élèves utilisent les habiletés « prédire » et « planifier un test objectif » pour étudier l’influence de différentes surfaces solides sur le mouvement d’un objet placé sur une rampe. En repérant, analysant et interprétant les régularités dans les données qu’ils collectent, ils découvrent que la friction est une force invisible qui nous aide ou nous freine dans nos actes de la vie quotidienne.

Cette enquête pourrait débuter à partir de (exemples d'amorces à l'apprentissage) :

  • Les élèves comparent l’effet ressenti quand ils se frottent vigoureusement les mains, avec ou sans lubrifiant courant (friction de glissement). Remarque: Avant de réaliser cette activité avec les élèves, vérifiez toute sensibilité aux odeurs et allergie cutanée. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
    • « Que se passe-t-il quand nous frottons nos mains l’une contre l’autre? »
    • « Qu’avez-vous remarqué lorsque vous avez mis du savon (ou de l’huile d’olive ou une lotion inodore pour les mains) sur vos mains? »
    • « Pour quels travaux, tâches ou activités voudriez-vous que vos mains aient une meilleure prise? Qu’est-ce qui pourrait améliorer leur prise? » (p. ex., afin d’avoir une meilleure prise sur la barre, les gymnastes portent des gants spéciaux ou enduisent leurs mains de craie)
Enfants jouant avec de l’eau et du savon
Enfants jouant avec de l’eau et du savon (Letiha via Pixabay)
  • Montrez aux élèves l’image d’une rue enneigée ou verglacée. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
    • « Pourquoi est-il plus difficile et dangereux de marcher en hiver? »
    • « Qu’est-ce qui peut vous aider à marcher avec plus de facilité et de sécurité? »
    • « En quoi la friction peut-elle être un avantage ou un inconvénient dans des situations comme celles-là? » (p. ex., fart sous les skis, freins d’une voiture ou d’un vélo, semelle de chaussure en caoutchouc, dispositif antidérapant d’un stylo ou d’un crayon)
Route gravillonnée entièrement verglacée
Route gravillonnée entièrement verglacée (photo de Huw Williams Wikimedia Commons)
  • Lisez un livre comme En poussant et en tirant par Keith Pigdon ou un autre livre sur ce sujet. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
    • « Quels sont les problèmes rencontrés par les personnages de l’histoire? »
    • « Comment les personnages ont-ils résolu leurs problèmes? »
    • « Quel a été le rôle de la friction dans le problème ou dans sa solution? »
Couverture de En poussant et en tirant de Keith Pigdon
Couverture de En poussant et en tirant de Keith Pigdon (photo de Parlons sciences).

Détails

  • Rampe (p. ex., bois, carton, plaque à biscuits, carton plastifié, morceau de gouttière en plastique) – 1 par groupe
  • Assortiment de matériaux ayant différentes textures et surfaces (p. ex., papier abrasif, feuille d’aluminium, tapis, papier, gazon synthétique, terre, linoléum, velours côtelé, flanelle) – 1 par groupe
  • Domino en plastique, voiture-jouet ou train miniature qui descendra la rampe – 1 par groupe
Matériel suggéré
Matériel suggéré pour les rampes (photo de Parlons sciences).

 

Exemple de circuit à billes
Exemple de circuit à billes (photo de Parlons sciences).

 

Les élèves utilisent les stratégies d’apprentissage du Journal d’enquête ou du Résumé de l’enquête pour développer et mettre en pratique les habiletés « prédire », « planifier » et « analyser » et interpréter » des résultats en étudiant les propriétés des matériaux qui influent sur le mouvement d’un objet.

Les élèves:

  • comparent et différencient les matériaux disponibles et prédisent l’influence de chacun d’entre eux sur le mouvement.
  • conçoivent et consignent un plan pour mener un test objectif sur la capacité des matériaux à ralentir ou à arrêter un objet en mouvement.
  • consignent leurs observations et comparent les résultats avec leurs prédictions.
  • analysent et interprètent les résultats de leur test objectif afin de tirer des conclusions sur les propriétés des matériaux et de la friction.
Exemple de test objectif comparant du papier à bulles, une feuille d’aluminium, du papier et du gazon synthétique
Exemple de test objectif comparant du papier à bulles, une feuille d’aluminium, du papier et du gazon synthétique (photo de Parlons sciences).

 

Observez et consignez, à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos, la capacité des élèves à:

  • Prédire - Les élèves utilisent leurs connaissances antérieures et leurs habiletés de comparaison et de différenciation pour prédire les matériaux et les variables qui sont les plus susceptibles de modifier le mouvement d’un objet.
  • Planifier aux fins de la mise en place d’un test objectif – Les élèves conçoivent un plan et réalisent un essai contrôlé ou un test objectif dans lequel ils maintiennent des constantes (p. ex., inclinaison de la rampe, type d’objet qui fera la descente, point de départ sur la rampe), utilisent une variable dépendante (p. ex., matériaux de surface de la rampe) et traitent les données (p. ex., utilisation d’un tableau pour consigner leurs observations).
  • Analyser et interpréter - Les élèves cherchent des régularités dans les résultats et essaient d’expliquer celles qu’ils ont observées.
     
Les élèves :
parler, faire et représenter
Les éducateurs :
interagir en répondant et en questionnant
Les élèves utilisent leurs sens pour comparer et différencier les matériaux mis à leur disposition.
  • « Qu’observez-vous à propos de ces matériaux? »
  • « Quels sens sont les plus utiles pour comparer ces matériaux? »
  • « Comment décririez-vous ce matériau? »
Les élèves prédisent quels matériaux modifieront le mouvement.
  • « Selon vous, quelles caractéristiques des matériaux auront une influence sur la manière dont l'objet va descendre la rampe? »;
  • « Selon vous, comment les matériaux modifieront-ils le mouvement de l'objet? »
Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et consigner un plan visant à réaliser un test objectif permettant de comparer la manière dont les matériaux influent sur le mouvement d’un objet descendant la rampe.
  • « Que comptez-vous faire pour être sûrs que votre test est objectif pour chaque type de matériaux? »
  • « Pourquoi est-il important que le test soit objectif? »
  • « Comment allez-vous consigner le plan de votre enquête? »
  • « Comment allez-vous faire pour rendre votre plan clair et permettre ainsi à d’autres personnes de l’utiliser? »
Les élèves analysent et interprètent les résultats de leur test objectif et comparent les résultats avec leurs prédictions.
  • « Comment décririez-vous vos observations avec des mots? »
  • « Quelles observations pouvez-vous mesurer? »
  • « Comment allez-vous consigner vos observations? »
  • « Comment se situent les résultats de vos tests par rapport à vos prédictions? »
Les élèves analysent et interprètent les résultats du test objectif sur les propriétés des matériaux et la friction.
  • « En quoi chaque surface a-t-elle influé sur le mouvement de l’objet? »
  • « Comment décririez-vous les matériaux qui ont ralenti le mouvement de l’objet? »
  • « Comment différents objets se déplaceraient-ils sur chacune de ces surfaces? »
  • « Quels liens pouvez-vous faire entre les résultats que vous avez obtenus et des situations de la vie réelle? »
  • « Quels tests complémentaires pourriez-vous réaliser afin d’en apprendre plus sur la friction? »

 

Littératie

  • Utiliser des habiletés de planification (p. ex., générer des idées, collecter et organiser de l’information).
  • Faire des liens (p. ex., entre les connaissances antérieures sur les matériaux et le nouveau contexte).
  • Reconnaître et utiliser des régularités structurelles dans les textes (p. ex., mettre dans l’ordre les étapes d’un test objectif).

Pensée mathématique

  • Mesurer et décrire l’écoulement du temps (p. ex., le nombre de secondes qu’il faut à un objet pour descendre la rampe) et les dimensions (p. ex., la hauteur en centimètres de la rampe ou des rampes afin d’obtenir un test objectif).

Éducation physique

  • Développer sa conscience de l’effort fourni et la mettre en pratique (p. ex., étudier les incidences de la friction sur les mouvements du corps dans le cadre de différentes activités sportives comme courir ou jouer à un jeu sur différentes surfaces; trouver des exemples où la friction intervient dans le cadre de jeux et d’activités).
  • Se sensibiliser aux avantages des innovations technologiques sur le plan de la sécurité personnelle, de la prévention des blessures et de la performance
    • (p. ex., comparer les innovations en matière de matériaux et de techniques qui réduisent ou augmentent la friction dans les équipements sportifs ou les vêtements de sport, comme les rubans pour raquettes, les crampons de chaussure, le fart, les skis sans fart, les freins de patin à roulettes, les semelles antidérapantes et les semelles de glisse au curling, les balais de curling, les patins clap pour le patinage de vitesse, les maillots de bain FastskinMD, les combinaisons intégrales de natation, les combinaisons de luge et de patinage de vitesse).

Musique

  • Créer des compositions pour un public spécifique et dans un objectif précis (p. ex., créer une ambiance sonore de friction en utilisant différentes techniques et surfaces dans la classe, comme frotter ses mains sur différentes surfaces texturées ou frotter deux objets l’un contre l’autre pour produire des sons).
Pieds d’une coureuse positionnée dans des blocs de départ
Pieds d’une coureuse positionnée dans des blocs de départ (tableatny via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Athletic_Feet_at_Starting_Block.jpg">Wikimedia</a>).
Les patins clap augmentent la friction parce que la lame reste plus longtemps en contact avec la glace à chaque poussée
Les patins clap augmentent la friction parce que la lame reste plus longtemps en contact avec la glace à chaque poussée (Max Dohle via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Max_Dohle_klapschaats.jpg"> Wikimedia</a>).

 

  • En quoi la longueur de la rampe influe-t-elle sur le mouvement de l’objet? Réalisez un test objectif en utilisant des rampes de longueurs différentes avec le même assortiment de surfaces (p. ex., bois, tapis, gazon, ciment, boue) afin d’établir l’influence de la longueur sur le mouvement de l’objet.
  • En quoi le poids d’un objet influe-t-il sur son mouvement? Réalisez un test objectif en utilisant des objets de poids différents (p. ex., grosse bille, petite bille, petites voitures de diverses dimensions, etc.) avec la même configuration et les mêmes surfaces afin d’établir l’influence du poids sur le mouvement de l’objet.
  • En quoi la hauteur de la rampe influe-t-elle sur le mouvement de l’objet? Réalisez un test objectif en utilisant des rampes de hauteurs et d’inclinaisons différentes avec la même configuration et les mêmes surfaces.
Grosse excavatrice débarquant d’un navire
Grosse excavatrice débarquant d’un navire (U.S. Navy par Paul Farley via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bulgarian_Excavator_on_KrAZ-truck.jpg">Wikimedia Commons</a>).
Immense glissade d’eau
Immense glissade d’eau (paulbr75 via <a href="https://pixabay.com/en/water-park-theme-park-ride-nature-1657488/">Pixabay</a>).

 

Couverture de En poussant et en tirant de Keith Pigdon
Couverture de En poussant et en tirant de Keith Pigdon (photo de Parlons sciences).

En poussant et en tirant 
par Keith Pigdon
Ce livre décrit et explique comment nous déplaçons les objets en les poussant ou en les tirant.
ISBN 0779148584, 9780779148585

Poussée et traction (Leçons)

Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « comparer ou différencier » et « trier et classer » en observant les forces de poussée et de traction exercées sur des objets de la vie quotidienne.

Concevoir et construire une semelle antidérapante (Leçons)

Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire une semelle qui ne glissera pas sur une pente à 30 degrés.

Concevoir et construire un jouet qui se déplace (Leçons)

Les élèves appliquer leurs connaissances sur la force magnétique et leurs habiletés relatives à la conception et à la construction pour créer et tester, en toute sécurité, un jouet qui se déplace à l’aide de forces appliquées par des aimants.

Carrières : Ingénieur (Images)

5 images de différents ingénieurs sur leur lieu de travail (usine hydroélectrique, forêt, NASA, etc.).

 

 

Matériel

  • Rampe (p. ex., bois, carton, plaque à biscuits, carton plastifié, morceau de gouttière en plastique) – 1 par groupe
  • Assortiment de matériaux ayant différentes textures et surfaces (p. ex., papier abrasif, feuille d’aluminium, tapis, papier, gazon synthétique, terre, linoléum, velours côtelé, flanelle) – 1 par groupe
  • Domino en plastique, voiture-jouet ou train miniature qui descendra la rampe – 1 par groupe
Matériel suggéré
Matériel suggéré pour les rampes (photo de Parlons sciences).

 

Préparation

Exemple de circuit à billes
Exemple de circuit à billes (photo de Parlons sciences).

 

Marche à suivre

Les élèves utilisent les stratégies d’apprentissage du Journal d’enquête ou du Résumé de l’enquête pour développer et mettre en pratique les habiletés « prédire », « planifier » et « analyser » et interpréter » des résultats en étudiant les propriétés des matériaux qui influent sur le mouvement d’un objet.

Les élèves:

  • comparent et différencient les matériaux disponibles et prédisent l’influence de chacun d’entre eux sur le mouvement.
  • conçoivent et consignent un plan pour mener un test objectif sur la capacité des matériaux à ralentir ou à arrêter un objet en mouvement.
  • consignent leurs observations et comparent les résultats avec leurs prédictions.
  • analysent et interprètent les résultats de leur test objectif afin de tirer des conclusions sur les propriétés des matériaux et de la friction.
Exemple de test objectif comparant du papier à bulles, une feuille d’aluminium, du papier et du gazon synthétique
Exemple de test objectif comparant du papier à bulles, une feuille d’aluminium, du papier et du gazon synthétique (photo de Parlons sciences).

 

Évaluation

Observez et consignez, à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos, la capacité des élèves à:

  • Prédire - Les élèves utilisent leurs connaissances antérieures et leurs habiletés de comparaison et de différenciation pour prédire les matériaux et les variables qui sont les plus susceptibles de modifier le mouvement d’un objet.
  • Planifier aux fins de la mise en place d’un test objectif – Les élèves conçoivent un plan et réalisent un essai contrôlé ou un test objectif dans lequel ils maintiennent des constantes (p. ex., inclinaison de la rampe, type d’objet qui fera la descente, point de départ sur la rampe), utilisent une variable dépendante (p. ex., matériaux de surface de la rampe) et traitent les données (p. ex., utilisation d’un tableau pour consigner leurs observations).
  • Analyser et interpréter - Les élèves cherchent des régularités dans les résultats et essaient d’expliquer celles qu’ils ont observées.
     

Co-construction des connaissances

Les élèves :
parler, faire et représenter
Les éducateurs :
interagir en répondant et en questionnant
Les élèves utilisent leurs sens pour comparer et différencier les matériaux mis à leur disposition.
  • « Qu’observez-vous à propos de ces matériaux? »
  • « Quels sens sont les plus utiles pour comparer ces matériaux? »
  • « Comment décririez-vous ce matériau? »
Les élèves prédisent quels matériaux modifieront le mouvement.
  • « Selon vous, quelles caractéristiques des matériaux auront une influence sur la manière dont l'objet va descendre la rampe? »;
  • « Selon vous, comment les matériaux modifieront-ils le mouvement de l'objet? »
Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et consigner un plan visant à réaliser un test objectif permettant de comparer la manière dont les matériaux influent sur le mouvement d’un objet descendant la rampe.
  • « Que comptez-vous faire pour être sûrs que votre test est objectif pour chaque type de matériaux? »
  • « Pourquoi est-il important que le test soit objectif? »
  • « Comment allez-vous consigner le plan de votre enquête? »
  • « Comment allez-vous faire pour rendre votre plan clair et permettre ainsi à d’autres personnes de l’utiliser? »
Les élèves analysent et interprètent les résultats de leur test objectif et comparent les résultats avec leurs prédictions.
  • « Comment décririez-vous vos observations avec des mots? »
  • « Quelles observations pouvez-vous mesurer? »
  • « Comment allez-vous consigner vos observations? »
  • « Comment se situent les résultats de vos tests par rapport à vos prédictions? »
Les élèves analysent et interprètent les résultats du test objectif sur les propriétés des matériaux et la friction.
  • « En quoi chaque surface a-t-elle influé sur le mouvement de l’objet? »
  • « Comment décririez-vous les matériaux qui ont ralenti le mouvement de l’objet? »
  • « Comment différents objets se déplaceraient-ils sur chacune de ces surfaces? »
  • « Quels liens pouvez-vous faire entre les résultats que vous avez obtenus et des situations de la vie réelle? »
  • « Quels tests complémentaires pourriez-vous réaliser afin d’en apprendre plus sur la friction? »

 

Liens interdisciplinaires

Littératie

  • Utiliser des habiletés de planification (p. ex., générer des idées, collecter et organiser de l’information).
  • Faire des liens (p. ex., entre les connaissances antérieures sur les matériaux et le nouveau contexte).
  • Reconnaître et utiliser des régularités structurelles dans les textes (p. ex., mettre dans l’ordre les étapes d’un test objectif).

Pensée mathématique

  • Mesurer et décrire l’écoulement du temps (p. ex., le nombre de secondes qu’il faut à un objet pour descendre la rampe) et les dimensions (p. ex., la hauteur en centimètres de la rampe ou des rampes afin d’obtenir un test objectif).

Éducation physique

  • Développer sa conscience de l’effort fourni et la mettre en pratique (p. ex., étudier les incidences de la friction sur les mouvements du corps dans le cadre de différentes activités sportives comme courir ou jouer à un jeu sur différentes surfaces; trouver des exemples où la friction intervient dans le cadre de jeux et d’activités).
  • Se sensibiliser aux avantages des innovations technologiques sur le plan de la sécurité personnelle, de la prévention des blessures et de la performance
    • (p. ex., comparer les innovations en matière de matériaux et de techniques qui réduisent ou augmentent la friction dans les équipements sportifs ou les vêtements de sport, comme les rubans pour raquettes, les crampons de chaussure, le fart, les skis sans fart, les freins de patin à roulettes, les semelles antidérapantes et les semelles de glisse au curling, les balais de curling, les patins clap pour le patinage de vitesse, les maillots de bain FastskinMD, les combinaisons intégrales de natation, les combinaisons de luge et de patinage de vitesse).

Musique

  • Créer des compositions pour un public spécifique et dans un objectif précis (p. ex., créer une ambiance sonore de friction en utilisant différentes techniques et surfaces dans la classe, comme frotter ses mains sur différentes surfaces texturées ou frotter deux objets l’un contre l’autre pour produire des sons).
Pieds d’une coureuse positionnée dans des blocs de départ
Pieds d’une coureuse positionnée dans des blocs de départ (tableatny via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Athletic_Feet_at_Starting_Block.jpg">Wikimedia</a>).
Les patins clap augmentent la friction parce que la lame reste plus longtemps en contact avec la glace à chaque poussée
Les patins clap augmentent la friction parce que la lame reste plus longtemps en contact avec la glace à chaque poussée (Max Dohle via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Max_Dohle_klapschaats.jpg"> Wikimedia</a>).

 

Enrichissement

  • En quoi la longueur de la rampe influe-t-elle sur le mouvement de l’objet? Réalisez un test objectif en utilisant des rampes de longueurs différentes avec le même assortiment de surfaces (p. ex., bois, tapis, gazon, ciment, boue) afin d’établir l’influence de la longueur sur le mouvement de l’objet.
  • En quoi le poids d’un objet influe-t-il sur son mouvement? Réalisez un test objectif en utilisant des objets de poids différents (p. ex., grosse bille, petite bille, petites voitures de diverses dimensions, etc.) avec la même configuration et les mêmes surfaces afin d’établir l’influence du poids sur le mouvement de l’objet.
  • En quoi la hauteur de la rampe influe-t-elle sur le mouvement de l’objet? Réalisez un test objectif en utilisant des rampes de hauteurs et d’inclinaisons différentes avec la même configuration et les mêmes surfaces.
Grosse excavatrice débarquant d’un navire
Grosse excavatrice débarquant d’un navire (U.S. Navy par Paul Farley via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bulgarian_Excavator_on_KrAZ-truck.jpg">Wikimedia Commons</a>).
Immense glissade d’eau
Immense glissade d’eau (paulbr75 via <a href="https://pixabay.com/en/water-park-theme-park-ride-nature-1657488/">Pixabay</a>).

 

Ressources complémentaires

Couverture de En poussant et en tirant de Keith Pigdon
Couverture de En poussant et en tirant de Keith Pigdon (photo de Parlons sciences).

En poussant et en tirant 
par Keith Pigdon
Ce livre décrit et explique comment nous déplaçons les objets en les poussant ou en les tirant.
ISBN 0779148584, 9780779148585

Pour en savoir plus

Poussée et traction (Leçons)

Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « comparer ou différencier » et « trier et classer » en observant les forces de poussée et de traction exercées sur des objets de la vie quotidienne.

Concevoir et construire une semelle antidérapante (Leçons)

Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire une semelle qui ne glissera pas sur une pente à 30 degrés.

Concevoir et construire un jouet qui se déplace (Leçons)

Les élèves appliquer leurs connaissances sur la force magnétique et leurs habiletés relatives à la conception et à la construction pour créer et tester, en toute sécurité, un jouet qui se déplace à l’aide de forces appliquées par des aimants.

Carrières : Ingénieur (Images)

5 images de différents ingénieurs sur leur lieu de travail (usine hydroélectrique, forêt, NASA, etc.).