| 1er
essai : une roue de 60 et une roue de
20 Lorsque la roue de 60 fait un tour, la roue de 20 fait 3 tours (faire un repère sur les 2 roues au démarrage du comptage). Résultat : rapport de 3 Validation : oui |
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Réaliser quelques mécanismes à partir de situations problèmes contraignantes :
Le matériel CELDA a été utilisé pour cette séance. Une valise pédagogique est mise à disposition dans chaque circonscription.
Matériel : boîte de
légos avec différents éléments dont des roues différemment
dentées:
roue rose (160 dents), roue jaune (60 dents), roue
bleue (40 dents), roue rouge (20 dents).
Idées pédagogiques pour la transposition didactique en classe :
Avant un travail effectif avec les élèves lors de séances d’apprentissage sur les engrenages, prévoir un temps de sensibilisation au matériel . Pour cela, placer à vue sur une table à proximité d’un « passage », quelques éléments de légos afin d’éveiller la curiosité des élèves et les familiariser de manière informelle à ce matériel.
Idem avec un CD-rom (logiciel) installé dans un ordinateur. Pour que les élèves utilisent ce logiciel, donner comme consigne de ne pas y toucher, cela aiguisera leur curiosité.
Lorsque vous vous êtes assurés que la situation problème est comprise , complexifier progressivement la consigne en la rendant plus contraignante. .
Ex : « trouver un mécanisme en faisant d’abord un schéma »
Problèmes posés aux stagiaires :
PROBLEME n°1 :
faire tourner des roues dans un
rapport donné et dans un sens donné
Consigne 1 : faire tourner des roues dans un rapport de 1/3 ou de 3 dans le même sens.
réactions des stagiaires du groupe :
« Je n’ai pas compris la consigne. »
« Comment calculer le rapport ? »
« Il faut compter le nombre de dents ! »
Le vocabulaire employé est pauvre. C’est l’occasion d’utiliser et de faire employer un vocabulaire technique : roue dentée, pignon, engrenage…
| 1er
essai : une roue de 60 et une roue de
20 Lorsque la roue de 60 fait un tour, la roue de 20 fait 3 tours (faire un repère sur les 2 roues au démarrage du comptage). Résultat : rapport de 3 Validation : oui |
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| 2ème
essai : une roue de 20 et une roue de
60 Lorsque la roue de 20 fait 3 tours, la roue de 60 fait 1 tour (faire un repère sur les 2 roues au démarrage du comptage). Résultat : rapport de 1/3 Validation : oui |
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Intervention du professeur :
« Le rapport est bon mais il est négatif » (NB : les roues tournent en sens inverse). Il faut que la roue tourne dans le bon sens ! (NB : la consigne stipule que les roues doivent tourner dans le même sens).
contrainte : faire tourner les roues dans le même sens
| 1er
essai : une roue de 60
et une roue de 20 Résultat : rapport de 3 Validation : non |
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2ème essai :
hypothèse : pour changer de sens, ajouter une roue entre les deux autres
expérimentation :
| exp n° 1: une roue de 60 ,une roue de 20 et une roue de 20 nombre de contacts intérieurs : 2 |
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| résultats : rapport de 3 les roues tournent dans le même sens |
validation : oui oui |
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mais….nous ne savons pas si le nombre de dents
de la roue centrale va changer le rapport
donc….imaginons une expérience faisant varier le nombre de
dents de la roue centrale
| exp n° 2 : une roue de 60 ,une roue de 60 et une roue de 20 nombre de contacts intérieurs : 2 |
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| résultats : rapport de 3 les roues tournent dans le même sens |
validation : oui oui |
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| exp. n°3 : une roue de 60, une roue de 40 et une roue de 20 nombre de contacts intérieurs : 2 |
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| résultats : rapport de 3 les roues tournent dans le même sens |
validation : oui oui |
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Conclusion n°1
Dans la situation où la chaîne de roues est à plat :
la roue intermédiaire change le sens de rotation (2 contacts
intérieurs)
mais…le nombre de dents de la roue intermédiaire n’a
pas d’incidence sur le rapport .
contrainte : résoudre un problème à partir d’un schéma
| une roue de 10 dents | ? dispositif intermédiaire à 5 roues |
une roue de 50 dents |
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Question 1 : Quel est le rapport ?
mais…nous ne savons pas si le nombre de roues intermédiaires va changer le rapport et le sens de rotation des roues placées aux extrémités du mécanisme
donc…imaginons des expériences faisant varier le nombre de roues intermédiaires
exp.n°4 :
| une roue de 10 dents | une roue de 40, une roue de 120 | une roue de 50 dents |
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nombre de contacts intérieurs : 3
résultats : rapport de 1/5 et les roues tournent en sens
inverse
exp.n°5 :
| une roue de 10 dents | une roue de 60, une roue de 40, une roue de 20 | une roue de 50 dents |
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nombre de contacts intérieurs : 4
résultats : rapport de 1/5 et les roues tournent dans le
même sens
exp.n°6 :
| une roue de 10 dents | une roue de 20, une roue de 60, une roue de 120, une roue de 40 | une roue de 50 dents |
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résultats : rapport de 1/5 et les roues tournent en sens inverse
exp.n°7 :
| une roue de 10 dents | une roue de 20, une roue de 60, une roue de 120, une roue de 40, une roue de 20 | une roue de 50 dents |
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résultats : rapport de 1/5 et les roues tournent dans le même sens
Réponse : sur un dispositif à plat, le rapport est de 1/5 quel que soit le nombre de roues et le nombre de dents des roues.
Question 2 : Quel est le sens de rotation ?
Réponse : pour 5 roues intermédiaires, les roues placées aux extrémités de l’engrenage tournent dans le même sens.
Conclusion n°2
nous remarquons que :
lorsque le nombre de contacts intérieurs est impair (mécanisme à 2 roue,4 roues… ) les roues placées aux extrémités tournent en sens inverse.
Donc, à partir de ces deux conclusions, nous pouvons déterminer le rapport et le sens de rotation d’un engrenage simple à partir d’un schéma .
PROBLEME n°2 :
faire tourner des roues dans un rapport 1/9
Solutions envisagées :
On essaie de faire un rapport 1/9 avec la matériel existant. On constate qu'il n'existe pas de roue de 180 dents pour l'associer à une roue de 20 dents.
1ère simulation à plat
| Le matériel nous permet de faire un
rapport 1/3. Il est nécessaire de placer entre les deux roues un dispositif qui divise par 3 le rapport pour obtenir un rapport 1/9. |
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2ème simulation à plat
| Ce dispositf ne permet pas de diviser le
rapport par 3 car comme nous l'avons constaté lors du
problème n°1, le nombre de roues intermédiaires ne
modifie pas le rapport. Donc mettre en série les deux mécanismes 1/3 ne permet pas d'obtenir 1/9. |
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3ème simulation à plat
| On obtient le rapport 1/9 en mettant les deux mécanismes 1/3 en parallèle. |  |
Vérification
| On compte le nombre de tours de roue à l'entrée
du dispositif et à la sortie du dispositif. Le rapport est bien de 1/9 |
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