Réalisation d'un objet mécanique: le robot

Discipline: Sciences et technologie

Niveaux: CM2.

Auteur: C. GROB

Objectif: - Réaliser et comparer des montages en série et en dérivation alimentant des lampes.

- Réaliser des montages ou objets techniques comprenant des composants divers (vibreurs, moteurs, ampoules...).
- Maîtriser le vocabulaire suivant : circuit électrique, lampe, interrupteur, conducteur, isolant, pile, bornes.
- Maîtriser le vocabulaire suivant : poulie, courroie, transmission. Le vocabulaire est à adapter selon le dispositif produit.
- Connaître des dispositifs de transmission du mouvement.
- Maîtriser le vocabulaire suivant : transformation, rotation, translation, engrenage, roue dentée.

Relation avec les programmes

Ancien Socle commun (2007)

Rechercher, extraire et organiser l’information utile
Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes
Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique, démontrer
Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté

Dates: Créée le 02 mars 2016
Modifiée le 02 mars 2016

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Licence: Licence Creative Commons : Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Partage des conditions initiales à l'identique .

A partir des notions mécaniques: le mouvement, la force de gravité, les forces et le travail, l'engrenage, et des notions électriques; création et fabrication d'un objet: le robot

Déroulement des séances

Séance 1 : Des robots parmi nous - Sciences et technologie, 90 min
Séance 2 : Transmission de mouvement - Sciences et technologie, 50 min

Des robots parmi nous

Dernière mise à jour le 02 mars 2016

Discipline / domaine: Sciences et technologie

Objectif: Faire une recherche documentaire sur ordinateur pour:
définir ce qu'est un robot et dans quels domaines ils sont utilisés.

Durée: 90 minutes (2 phases)

Matériel: ordinateur avec connexion internet
questionnaire

Remarques: Le site utilisé pour remplir le questionnaire est une site de la cité des sciences.
www.cite-sciences.fr/fr/ressources/bibliotheque-en-ligne/dossiers-documentaires/des-robots-pour-tout-des-robots-pour-tous/
La recherche se fait sur ordinateur et le nombre de goules dépend du nombre d'élèves; maximum 4 élèves.

1. Qu'est-ce qu'un robot?

60 min. | recherche

Le site que les élèves vont utiliser pour remplir le questionnaire est le suivant :

www.cite-sciences.fr/fr/ressources/bibliotheque-en-ligne/dossiers-documentaires/des-robots- pour-tout-des-robots-pour-tous/

Activité
L’enseignant expose les objectifs de la séquence: les élèves vont mener une recherche documentaire afin de pouvoir définir ce qu’est un robot et d’avoir une idée précise des domaines dans lesquels ces machines sont employées. Il indique qu’il faudra remplir individuellement un questionnaire numérique dont l’emplacement dans l’arborescence de l’ordinateur est précisé.

Les élèves travaillent par groupe et échangent pour remplir ensuite de façon individuel leur questionnaire.

2. De quoi aurons-nous besoin pour fabriquer notre robot?

30 min. | mise en commun / institutionnalisation

Après avoir réaliser un travail de correction, l'enseignant déclare aux élèves qu'ils vont eux-mêmes fabriquer un robot.

Le robot à fabriquer est un personnage ou un animal qui doit pouvoir se déplacer dans un labyrinthe (voir séquence sur Thésée et le Minotaure). Il doit donc pouvoir aller en ligne droite, tourner d'1/4 ou d'1/2 tour, avancer et reculer.

Consigne: A votre avis, quels sont les éléments indispensable à la réalisation de ces mouvements?

De façon collective, l'enseignant note au tableau les remarques des élèves.

-source d'énergie-électricité-programmation.

L'enseignant ajoutera la notion d'engrenage en précisant que c'est le thème de la prochaine séance.

Transmission de mouvement

Dernière mise à jour le 02 mars 2016

Discipline / domaine: Sciences et technologie

Objectif: Etre capable de fabriquer
des objets mettant en œuvre des mécanismes simples.
Etre capable de monter et démonter un objet technique
simple.
Apprendre à se
comporter efficacement devant un problème d’ordre technique.

Durée: 50 minutes (3 phases)

Matériel: tableau à remplir
essoreuse à salade
matériel engrenages avec des couleurs différentes et des tailles différentes et des manettes

Remarques: Les élèves devront observer et repéer dans leur salle de classe des objets qui ont un mouvement.

1. La notion de mouvement

10 min. | découverte

Consigne: noter dans le tableau des mécanismes que vous trouvez dans la salle

Résultats de observations des élèves
Objet qui contient le mécanisme	Action qu’il faut faire pour enclencher le mécanisme	Résultat que ça provoque	Type de mouvement
Horloge/engrenage	Mettre une pile ou une autre source d’énergie	Les aiguilles tournent	rotation
Fenêtre couloir	Tirer/pousser	La fenêtre pivote	rotation
Tableau blanc	Abaisser le levier	Le tableau se retourne/pivote	rotation-translation verticale-rotation
Le tube de colle	Tourner la vis/tourner le bouchon	Le bâton monte/descend	rotation-translation verticale-rotation
Trousse (fermeture éclair)	Tirer la tirette	La navette glisse	translation
Compas	Tirer/pousser	Ecarter/rapprocher les branches	rotation
Capuchon de stylo	Tirer/pousser le capuchon	Déboucher/reboucher le stylo	translation
Stylo	Dévisser/Visser le stylo	Déboucher/reboucher le stylo	translation

Définitions

Rotation: il y a une partie qui ne bouge pas, c’est l’axe de rotation

Translation: toutes les parties bougent

Conclusion:

Ce qu’il faut retenir c’est qu’il y a beaucoup de mécanismes mais il n’y a que 2 mouvements possibles et le plus souvent on a une combinaison des deux.

En plus pour obliger un mécanisme à faire quelque chose, il lui faut une contrainte.

Prologement:

Il faut de l’énergie pour actionner un mécanisme… (moi-vent-pile?)

2. Découverte d'un mécanisme de transmission de mouvement: l'essoreuse à salade

20 min. | recherche

Présenter à la classe une essoreuse à salade, la faire circuler et demander à l'oral à quoi ça sert?

Réponse collective.

Dans un second temps, demander comment ça fonctionne?

Les réponses souhaitées: utilisation de l'essoreuse pour enlever l'eau contenue dans la salade par rotation, évacuation de l'eau à travers le panier perforé.

Si on ne s'intéresse qu'à la partie couvercle.(observation-utilisation)que se passe-t-il quand on tourne la manivelle ?

La roue sous le couvercle tourne plus vite que la manivelle que l'on tourne à la main.

À quoi sert le mécanisme dans le couvercle de l'essoreuse à salade ?

Se mettre d'accord sur l'effet du mécanisme : accélérer le mouvement de rotation.

Observer le mécanisme du couvercle et voir comment il fonctionne ? (dessin possible)

Quel système permet de faire accélérer la roue sous le couvercle de l'essoreuse ? De quoi est-il composé?

Les problèmes sont notés sur une affiche ou au tableau au fur et à mesure.

Cite d'autres objets simples dans lesquels il y aurait un mécanisme.

Recueillir les propositions des élèves, demander une justification, faire repérer les contradictions, les désaccords.

3. Fonctionnement d'un engrenage

20 min. | recherche

Cette partie est un atelier de recherche organisé en groupe; chaque groupe dispose d'un matériel spécifique pour permettre la manipulation et l'observation du fonctionnent d'un engrenage.

Les élèves sont répartis en groupes. Dans un premier temps, ils font des essais avec le matériel qu’ils ont choisi et l’enseignant les laisse manipuler librement. C’est la phase de découverte du matériel.

Ensuite, lancer les défis suivants :

Vous disposez maintenant de deux roues dentées : faites tourner les deux roues, sachant que vous n’avez le droit d’en toucher qu’une seule. Essayez plusieurs solutions, avec des roues de plusieurs tailles.
Reproduisez le fonctionnement de l’essoreuse à salade avec les engrenages.

ENGRENAGE: Un engrenage est un système mécanique composé de deux roues dentées qui se transmettent un mouvement de rotation.

Faire un dessin du mécanisme en légendant les différentes parties comme suit:

1: la poignée 2: la grande roue dentée 3: la petite roue dentée 4: trois pales pour accrocher le panier 5: le panier

Conclusion:

La poignée sert à faire tourner la grosse roue dentée. La grosse roue dentée entraine la rotation de la petite roue dentée. La petite roue dentée, accrochée sur les pales, entraine la rotation des pales. Les pales font tourner le panier, qui y est accroché. Quand la grande roue dentée fait 1 tour complet, la petite roue en a fait au moins 10. Elle tourne donc au moins dix fois plus vite que la grande roue. Ça permet d’essorer la salade efficacement.