Dossier vélo

Les flash cards sont mises au tableau (dans le désordre).

Annoncer aux élèves que pour les prochaines séances nous allons travailler sur le vélo.
La première séance s'intéressera à l'évolution du vélo dans le temps.
Les suivantes se placeront plus sur le côté technique et l'explication du fonctionnement de certaines partie du vélo.

En profiter pour donner l'origine du mot "vélo" : vient de vélocipède. Vélocité = vitesse ; pède = pied => aller vite par les pieds

Expliquer la consigne  de la tâche à venir:

Vous allez avoir les mêmes images que celles affichées au tableau.
Votre but est de retrouver l'ordre chronologique de l'invention de chacun de ses vélos.
Vous pouvez discuter par groupe afin de confronter vos idées, mais le rendu est individuel.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=gsTZaWq4PhI

Projeter la courte vidéo montrant l'évolution du vélo.
Ne pas la stopper, ne pas commenter.
Cela permet aux élèves de repérer leurs erreurs de manière autonome.

Reprendre ensuite une deuxième fois en stoppant à l'apparition de chaque vélo sélectionné.
L'évolution étant continue, toutes les étapes n'ont pas été choisies dans les vignettes.

1 - Besoin de vitesse => Le vélocipède : il n'a pas vraiment existé tel-quel. C'est une première approche de ce qui a mené à la draisienne. La petite histoire veut que l'Europe s'est trouvé dans une période où la maladie et la faim ont été très marquées ainsi le nombre de chevaux utilisé pour se déplacer ont diminuer. Il fallait trouver comment continuer à se déplacer vite...
2 - Besoin de confort => selle de cheval 
3 - Besoin de stabilité => ajout d'une poignée
4 - Besoin de maniabilité => invention du guidon (qui guide!). Inventé par Mr Drais (un allemand)
5 - Besoin de maniabilité => roues plus fines, mais avec plus de rayon (poids diminué)
6 - Besoin de confort => invention des pédales va-et-vient
7 - Besoin de vitesse => invention des pédales sur le moyeu (le centre) de la roue avant
8 - Besoin de vitesse => augmentation de la roue avant (de petites roues impliquaient un pédalage trop rapide pour couvrir une petite distance)
9 - Besoin de vitesse => invention de la transmission du mouvement des pédales à la roue arrière via une chaîne 
10 - Besoin de confort/vitesse => installation de pneumatiques sur le vélo (plus de souplesse, plus de vitesse)

On pourra notamment dire aux élèves qu'à la suite du grand Bi, un premier système de freinage a été inventé.
Avant il fallait poser les pieds par terre, cela étant impossible avec le grand Bi, il a fallu inventer quelque chose pour y arriver.
De même, nous n'avons pas parlé ici de tout les ajouts "confort" du type amortissement.

Rappel de ce qui a été vu précédemment.
Pour arriver au vélo d'aujourd'hui, plusieurs étapes ont été franchies.

Faire rappeler les différentes innovations et pourquoi elles ont été créées.
Le but de chaque innovation étant d'aller plus vite, plus loin avec un moindre effort

Deux techniques ou une seule sont donc présenté à la classe:
- report de longueur avec la ficelle
- calcul de la circonférence du cercle

Montrer cette vidéo aux élèves en leur expliquant qu'elle va nous aider à résoudre ce problème.
https://www.youtube.com/watch?v=wechtq95lqM
Commencer à 1min50 jusqu'à 3min30

Ainsi on apprend deux choses :

- la distance que parcourt la roue en un tour de pédale s'appelle le développement.
- la circonférence d'un cercle (et donc le développement du grand Bi et du vélocipède) a pour formule  Circonférence = Diamètre x 3.14

On a donc 
- pour le vélocipède  : D = 1.8 cm  donc C = 1,8 x 3.14 = 5.65 cm
- pour le grand Bi : D = 2.5 cm donc C = 2.5 x 3.14 =7,85 cm
- pour la bicyclette : D = 1.5 cm donc C = 1,5 x 3.14 = 4.71 cm

(bien faire comprendre qu'il s'agit de distance à reporter sur notre feuille de papier! C'est à l'échelle des reproductions des vélos!)

Pour confirmer nos résultats projeter l'animation "histoire du vélo" ou le document 4 correction.
Les élèves s'aperçoivent alors que la bicyclette va plus loin que ce que l'on a calculé...
Expliquer que la prochaine fois c'est ceci que nous allons devoir comprendre.

La dernière fois nous avons compris pourquoi durant l'évolution du vélo, une des innovations a été d'augmenter le diamètre de la roue.
Faire rappeler la définition de développement, et la formule de la circonférence d'un cercle.
Relever le problème soulevé: la bicyclette a semble t'il un plus petit développement, ce qui n'est pas logique car elle est plus évoluée.

Expliquer que nous allons donc chercher ce qui a été ajouté à la bicyclette que n'avait pas le grand Bi => retour séance 1.
Les élèves trouvent donc qu'il s'agit du pédalier avec chaîne.

Ainsi nous allons voir durant cette séance ce qu'apporte cette innovation de la transmission par chaîne.
Mais tout d'abord concentrons nous sur ce qui fait avancer la bicyclette.

Utiliser l'animation du cd ou distribuer directement le doc 5 (qui servira de trace écrite pour cette séance).

Le vocabulaire est alors en place. L'enseignant devra veiller à ce qu'il soit toujours correctement utilisé.

https://www.youtube.com/watch?v=wechtq95lqM

Commencer à 10min40 jusqu'à 12min32.

Faire formuler aux élèves ce qui a été retenu sur cette vidéo.
- c'est la différence de dents entre le pignon et le plateau qui a un effet sur la distance parcourue
- c'est ce rapport que l'on nomme le braquet

Leur annoncer que la séance prochaine nous ferons des expériences sur ce type de transmission de mouvement.

Annoncer que le but de cette séance est de s'approprier le matériel et le nom des éléments.

Il y aura donc une phase où les élèves seront en autonomie et créeront des assemblages (groupe de 2 ou 4 selon le matériel).

Un deuxième temps servira à poser le vocabulaire et énoncer les premières constatations.
 

L'enseignant demande aux élèves de construire un système d'engrenages composé de 2 roues dentées. 

Il faut que les deux roues dentées tournent alors qu'une seule a été mise en mouvement.

On constate collectivement que les dents de la roue dentée située à l'entrée du mouvement sont encastrées dans celle de la deuxième  qui est en sortie de l'engrenage.
(on peut dire aussi roue dentée menante et roue dentée menée)

C'est pourquoi l'engrenage se met à tourner.

Faire constater le sens de rotation contraire des deux roues (on parle de sens horaire ou anti horaire). 
Si les roues choisies ne font pas la même taille, constater la différence de vitesse de rotation.

Rappel avec les élèves des différents mots découverts lors de la séance précédente :

roue dentée, engrenage, sens de rotation, horaire/anti-horaire...

Dans un engrenage constitué de deux roues dentées, la roue menante et la roue menée tournent en sens inverse. 
Si le système comporte trois roues dentées, la roue A et la roue C tournent dans le même sens. 
​De manière générale, un nombre pair de roues conduit à inverser le sens de rotation, un nombre impair de roues conserve le sens de rotation 

Rappel du vocabulaire utilisé :

Engrenage, roue dentée, menée/menante, sens de rotation...

La démultiplication : fiche N°2 (bibliothème CELDA)

Emettre une hypothèse : que se passe-t-il si vous tournez la roue rouge?
Valider son hypothèse en réalisant le montage.
Combien de fois aura-t-on besoin de tourner le menant pour faire tourner une seule fois le mené ?

Le mené tourne moins vite que le menant et tous deux tournent dans des sens opposés : c’est la démultiplication. La roue menante est plus facile à tourner et la roue menée est plus difficile à freiner (on gagne de la force à la sortie).

Si le mené a plus de dents que le menant , il faudra tourner le menant plus d'une fois pour que le mené fasse un tour

(Analogie avec le vélo : on est en montée, on ne veut pas s'arréter, on veut garder la vitesse => on diminue le chiffre des vitesses => on augmente la taille du pignon => la roue arrière (roue menée) est plus facile à tourner => On a plus de force)

Nous avons vu par analogie que sur un vélo, le changement de vitesse implique le changement de la taille des pignons et donc de la vitesse à laquelle est entrainée la roue motrice du vélo (la roue arrière).

Mais deux problèmes : 

1) Le plateau n'est pas directement lié aux pignons.

2) dans nos engrenages à deux roues dentées les sens de rotations étaient inversée.

Quelle solution technique a donc été apportée pour que  la démultiplication et la surmultiplication fonctionne sur un vélo?

=> La chaîne !

Les élèves cherchent au crayon à papier de les réponse du doc 12.
Une phase collective peut ensuite être engagée.

Une animation sur le CD Retz est disponible.