Ces interventions ont pour but de présenter aux élèves un thème en lien avec le programme scolaire de sciences : les engrenages.

Il y a eu 5 séances au total, la première était destinée à présenter la définition du mot "engrenage" et à découvrir le matériel , et la dernière consistait à faire un récapitulatif des notions abordées pendant les 5 interventions et à présenter l'objet final: le moulin à vent.

 

 

 

Séance 1 (groupes de 5 élèves constitués par la maitresse)

 

Découverte du matériel et familiarisation avec les engrenages (mallette contenant différents engrenages, du support, et d’ « objets rouges » permettant de fixer les roues dentées au support, définition du mot « engrenage » à savoir un ensemble de deux pièces dentées (ou plus) posées sur un support, transmettant par le contact des dents un mouvement de rotation de l'un à l'autre.

 

1-  Montages de base :

a-    Familiarisation avec les engrenages et questions de logique (montage de base)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Pour cette question, entourer la bonne réponse)

Question 1 : Le pignon et la roue dentée tournent-ils dans le même sens ?             OUI / NON

Question 2 : à 1 tour du pignon A correspond ,𝟏-𝟐. tour de la roue dentée B

Question 3 : à 2 tours du pignon A correspond 1 tour de la roue dentée B

Question 4 : à 1 tour du pignon B correspond 2 tours de la roue dentée A

Question 5 : à 2 tours du pignon B correspond 4 tours de la roue dentée A

 

 

b-    Montage plus complexe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Question 1 : Les roues B et C tournent-elles dans le même sens ?                  OUI / NON

Question 2 : à 1 tour de la roue B correspond 2 tours du pignon A

Question 3 : à 1 tour de la roue B correspond 1 tour de la roue dentée B

 

c-    Conclusions :

 

Il existe une relation mathématique entre le nombre de dents des deux roues d'un engrenage et le nombre de tours de chaque roue dentée :

 

Nombre de dents A x Nombre de tours de A=Nombre de dents B x Nombre de tours de B

 

Exemple : la roue A (possédant 10 dents) fait 2 tours et  la roue B (possédant 20 dents) en fait 1

 

10 x 2=  20 x 1

 

Quand un système d’engrenages possède un ensemble de n roues disposées l’une à côté de l’autre,

• Lorsque le système d’engrenage comporte un nombre impair de roues dentées, la première roue et la dernière roue ne tournent pas dans le même sens.

 

 

Défis : (entourer la bonne réponse)

 

• Pour réaliser un système d’engrenages (nombre non fixé) où le nombre de tours d’arrivée est plus important que celui de départ, il faut que le premier engrenage du système soit plus grand / plus petit / (égal) que (à) celui d’arrivée.

 

• Pour diminuer le nombre de tours du dernier engrenage par rapport au nombre de tours du premier, il faut que le premier engrenage soit plus grand / plus petit / (égal) que (au) le dernier du système

 

• Pour conserver le même nombre de tours entre l’engrenage de départ et celui d’arrivée, il faut que le premier engrenage soit plus grand / plus petit / (égal) que (au) le dernier du système.

 

• Remarques générales : Le nombre d’engrenages entre celui de départ et celui d’arrivée et leur taille n’ont toujours aucune importance. 

 

Séance 2 (groupes de 5 élèves)

 

J’ai demandé aux élèves d’engrener plusieurs pignons les uns à la suite des autres et de faire tourner la première roue de la chaine dans le sens des aiguilles d’une montre. Ainsi ils ont pu observer le sens de rotation de la dernière roue dentée de la chaine. Puis ils ont refait la même expérience en faisant tourner la première roue dentée dans le sens trigonométrique. J’ai fait varier le nombre de roues constituant l’engrenage. Ensuite, chaque groupe devait être représenté par un élève qui passe au tableau et qui fait part de son observation. Les élèves ont abouti à la conclusion suivante :

• lorsque le système d’engrenage comporte un nombre impair de roues dentées, la première roue et la dernière roue de la chaine tournent dans le même sens,

• lorsque le système d’engrenage comporte un nombre paire de roues dentées, la première roue et la dernière roue de la chaine tournent dans des sens contraires.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Séance 3 : (groupes de 3 élèves constiués par la maitresse)

 

Matériel : différents engrenages de tailles différentes au nombre de 4 puis de 5 + support.

 

3 défis sont proposés aux groupes.

 

→ 1er défi : Réaliser un système d’engrenages (nombre non fixé) où le nombre de tours d’arrivée est plus important que celui de départ

Conclusion que les élèves ont trouvées : il faut que le premier engrenage du système soit plus grand que celui d’arrivée.
 

→ 2ème défi : Diminuer le nombre de tours du dernier engrenage par rapport au nombre de tours du premier.

Conclusions que les élèves ont trouvées :

• Le premier engrenage doit être plus petit que le dernier du système.

• Le nombre d’engrenages entre celui de départ et celui d’arrivée et leur taille n’ont toujours aucune importance.

•  

→ 3ème: Conserver le même nombre de tours entre l’engrenage de départ et celui d’arrivée.

Conclusions que les élèves ont trouvées :

• L’engrenage de départ et celui d’arrivée doivent être de la même taille.

• Le nombre d’engrenages entre celui de départ et celui d’arrivée et leur taille n’ont toujours aucune importance.

 

 

Séance 4 : (groupes de 5 constitués par la maitresse)  Comprendre le fonctionnement d'une essoreuse à salade

 

• Situation de départ (découverte de l’objet, questions adressées aux élèves) : quel est cet objet ? A quoi sert-il ? Comment fonctionne-t-il ?

Réponse donnée par les élèves : l'essoreuse peut contenir de la salade ou des légumes, elle permet d’évacuer l’eau contenue dans la salade en faisant tourner la poignée. Ainsi de l’air est envoyée.

• J’ai demandé aux groupes de démonter l’essoreuse, d’attribuer à chaque pièce un nom et une fonction.

 

J’ai ensuite posé des questions aux élèves : 

• A quoi servent les roues dentées dans l’essoreuse ?

• Quelle roue est à l’entrée de l’engrenage ? Laquelle est en sortie ? Pourquoi sont-elles de tailles différentes ?

 

a-     Définition

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L'essoreuse peut contenir de la salade ou des légumes, elle permet d’évacuer l’eau contenue dans la salade en faisant tourner la poignée. Ainsi de l’air est envoyée.

 

b-    Fonctionnement :

 

Les mouvements d’entrée et de sortie sont des mouvements de rotation ; la main tourne la poignée et le panier à salade tourne à l’intérieur de l’essoreuse.

 

Le panier à salade tourne plus vite que la main qui tient la manivelle.

 

Un engrenage permet la transmission du mouvement de rotation. Pour accélérer le mouvement, on doit utiliser une grande roue dentée en entrée et une plus petite roue dentée en sortie.