Sciences en mouvement — prolongement en classe

Avant la séance

Le parc envoie sous 48 heures les mesures de référence du jour (durée d'un tour de roue, durée d'un tour de Carrousel, tension de la dynamo à 60 tr/min), la fiche « données du parc » affichée à S1 et les photos autorisées. Rendez à chaque élève sa fiche de relevés : la séance ci-dessous travaille sur ses propres mesures, comparées aux valeurs de référence.

Séance de prolongement (45 minutes)

1. Du relevé au compte rendu (20 minutes, à finir à la maison)

Chaque binôme rédige un compte rendu de travaux pratiques d'une page sur une station tirée au sort (S1, S2, S3 ou S5), avec le plan imposé : objectif ; matériel ; protocole en trois étapes ; tableau de mesures (valeur ± incertitude unité) ; calculs avec les formules ; conclusion en deux phrases ; critique de la mesure (ce qui a pu fausser le résultat, ce que l'on referait). Distribuez les valeurs de référence pour que chaque binôme calcule son écart au parc en pourcentage. Noté sur 10 avec la grille du kit ; un compte rendu sans unité ne dépasse pas 5.

2. Le problème de la nacelle (15 minutes, collectif)

Données : une nacelle accepte 4 passagers et 280 kg au plus ; R est le rayon de la fiche du parc.

1. Quatre passagers de 70 kg : poids total ? (2 744 N) Répartis deux par côté à 0,5 m de l'axe de la nacelle : moment de chaque côté ? (686 N·m) Somme des moments ? (nulle : équilibre.)
2. Les quatre passagers s'assoient du même côté : moment résultant ? (2 744 × 0,5 = 1 372 N·m) Que fait la nacelle ? Pourquoi l'opérateur équilibre-t-il le chargement de la roue ?
3. Schéma exigé : centre de gravité d'une nacelle vide, puis d'une nacelle chargée d'un seul côté.
4. Pour la 8e : une nacelle chargée de 280 kg est en haut et la nacelle diamétralement opposée est vide ; moment de chaque nacelle par rapport à l'axe de la roue avec R de la fiche ; la roue est-elle équilibrée ? (Non : c'est la consigne « chargement équilibré » du constructeur.)

3. La droite de la dynamo (10 minutes)

Au tableau, avec les tensions relevées à 30, 60 et 90 tr/min et la valeur de référence à 60 tr/min : tracé propre, calcul de la pente k, expression U = k × n, prédiction à 120 tr/min, lecture inverse pour 5 V, puis limite du modèle (le régulateur écrête à 14 V). Introduisez un exemple affine avec le panneau solaire et une tension résiduelle à l'ombre : où la droite coupe-t-elle l'axe des ordonnées ?

Évaluation (une heure, en classe, la semaine suivante)

Exercice 1 — Mesures et unités (5 points). Écrire avec l'incertitude : une longueur de 1,340 m lue sur un mètre ruban gradué au centimètre ; une masse de 2,35 kg sur une balance graduée tous les 50 g ; une durée de 48,3 s au chronomètre. Convertir 0,045 m en mm et 1,2 kN en N. (Réponses : 1,34 ± 0,005 m ; 2,35 ± 0,025 kg ; 48,3 ± 0,2 s ; 45 mm ; 1 200 N.)

Exercice 2 — Masse, poids, moment (6 points). Un sac de 25 kg de fufu : poids sur Terre ? sur la Lune (g = 1,6 N/kg) ? Posé à 0,40 m du pivot d'une planche, quel moment produit-il ? Où poser un sac de 10 kg de l'autre côté pour équilibrer ? (Réponses : 245 N ; 40 N ; 98 N·m ; à 1,0 m.)

Exercice 3 — Machines simples (5 points). Un palan à 4 brins soulève une charge de 40 kg. Effort théorique ? Effort mesuré 118 N : rendement ? Longueur de corde tirée pour monter la charge de 50 cm ? Genre du levier que forme l'avant-bras qui tire la corde et pourquoi l'effort du biceps dépasse la charge. (Réponses : 98 N ; 0,83 ; 2 m ; 3e genre, effort entre pivot et charge, plus près du pivot.)

Exercice 4 — Dynamo et graphique (4 points). Une dynamo donne 3 V à 45 tr/min. Pente ? Tension à 90 tr/min ? Vitesse pour 6,5 V ? Une lampe reçoit 6 V et 0,4 A : puissance ? (Réponses : 0,067 V par tr/min ; 6 V ; 97,5 tr/min ; 2,4 W.)

Prolongements par discipline

• Sciences physiques (7e) : rallye des mesures dans la cour de l'école avec les mêmes tableaux ; comparer les étendues de cinq chronométrages d'un même événement.
• Sciences physiques (8e) : circuits série et parallèle avec deux lampes et une pile de 4,5 V, mesurés au multimètre ; loi d'Ohm sur une résistance ; puis comparer les trois sources du parc (disponibilité la nuit, coût, stockage, pollution) en lien avec l'installation solaire et les groupes électrogènes vus de loin.
• SVT : schéma légendé de l'avant-bras (pivot, effort, charge) et comparaison avec un levier de 1er genre (pied-de-biche) et de 2e genre (brouette).
• Mathématiques : à partir du tableau dynamo, expression de U en fonction de n, représentation graphique, lecture inverse, puis un exemple affine ; diagramme en barres et moyenne des durées du groupe.

Évaluation finale

Fiche de relevés (20) + compte rendu (10) = une note de travaux pratiques du semestre. Reportez la grille de compétences expérimentales du kit dans le bulletin.

Suite possible

Physique du parc niveau 1 en 1re humanités : lois de Newton et poids apparent mesurés en mouvement sur la nacelle, métrologie et traitement statistique des données.

Sources programme : EB7-SPT-GRANDEURS-MESURES-SI, EB7-MAT-STATISTIQUES-TABLEAUX-DIAGRAMMES, EB8-SPT-FORCE-POIDS-MASSE, EB8-SPT-STATIQUE-MOMENTS, EB8-SPT-MACHINES-SIMPLES-LEVIERS-POULIES, EB7-SVT-SQUELETTE-MUSCLES-MOUVEMENT, EB8-SPT-DYNAMO-ALTERNATEUR-SOLAIRE, EB8-SPT-CIRCUITS-SERIE-PARALLELE, EB8-MAT-FONCTIONS-LINEAIRES-GRAPHIQUES.