Transmission Du Mouvement Point Du Programme Compétences

Point du programme :
Monde construit par l’homme : objets mécaniques, transmission du mouvement.
Compétences spécifiques :
- Etre capable de fabriquer des objets mettant en oeuvre des mécanismes simples.
- Etre capable de monter et démonter un objet technique simple.
- Apprendre à se comporter efficacement devant un problème d’ordre technique.
Idée principale :
Les engrenages sont l’un des systèmes élémentaires de transmission du mouvement. Un engrenage est constitué de deux roues dentées qui s’engrènent, c'est-à-dire dont les dents s’emboîtent parfaitement. Il permet donc de transmettre un mouvement qui peut se définir par une force, une vitesse et un sens de rotation, ou de translation (cas de la crémaillère). Les systèmes d’engrenage permettent de surmultiplier (augmenter) ou démultiplier (réduire) une force ou une vitesse. Ils permettent également de changer le sens de rotation ou la direction du mouvement.
La poulie est l’une des machines simples. Son élément fondamental est une roue. Cette roue est particulière. Elle comporte souvent une gorge propre à recevoir une courroie ou une corde. Les poulies permettent également de transmettre un mouvement.
Mots-clés :
- Roue dentée ; pignon ; couronne ;
- Roue menante (entrée du mouvement) ; roue menée (sortie du mouvement) ;
- Démultiplier ; surmultiplier ;
- Engrenage ; engrener ;
- Vitesse ; force ; sens du mouvement ;
- Poulie menante ou menée ;
- Patiner (adhérence, friction) ;
- Gorge de la poulie ;
- Courroie ;
 1-
a) Questionnement initial
Discussion collective durant laquelle l'enseignant note au tableau les réponses proposées par les élèves aux questions :
- Qu'est-ce qu’un mouvement ? À quoi ça sert ? Citer des phénomènes mettant en jeu des mouvements. Quels sont les différents éléments qui interviennent ? Citer différents types de mouvement. Qu'est-ce que ça veut dire "un objet en mouvement" ?
- On devrait voir apparaître les termes bouger, se déplacer, aller vite, courir, etc.
Découverte du système d’engrenages d’une essoreuse à salade (Découvrir le principe de transmission de mouvement).
1. Comment fait-on fonctionner cet appareil (dessin possible) ?
Se mettre d'accord, informer sur l'utilisation de l'objet essoreuse. Les différentes étapes, rotation rapide, évacuation de l'eau (force centrifuge) à travers le panier.
2. Si on ne s'intéresse qu'à la partie couvercle. (observation -utilisation) que se passe-t-il quand tu tournes la manivelle ?
La roue sous le couvercle tourne plus vite que la manivelle que l'on tourne à la main.
3. 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.
4. Comment cela peut-il fonctionner ? (dessin possible)
Faire ressurgir les différences pour construire une problématique. Par exemple : Quel système permet de faire accélérer la roue sous le couvercle de l'essoreuse ? Les problèmes sont notés sur une affiche ou au tableau au fur et à mesure.
5. 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 s'il y en a.
b) Utilisation de roues dentées :
Objectifs: Découvrir une fonction des roues dentées comme moyen de transmission du mouvement.
Inventer des appareils à engrenages, en décrire le mode d'action et les différents organes.
Matériel: Par groupe : Tout le matériel Celda nécessaire.
Déroulement Les élèves sont répartis en groupes.
* Dans un premier temps, ils font des essais avec du matériel qu'ils ont choisi et l'enseignant les laisse manipuler librement. C'est la phase de découverte du matériel (environ 10 min)
* Ensuite, l'enseignant leur lance 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 avec des roues de différentes tailles.
- Eventuellement, crémaillère, vis sans fin.
* A chaque fois, ils doivent observer et énoncer de la façon la plus exacte possible ce qu'ils ont construit.
* Enfin, l'enseignant propose un résumé commun à toute la classe afin que tous les élèves acquièrent une culture scientifique commune. Ils doivent acquérir un vocabulaire spécifique à la transmission du mouvement : roue dentée, dent, manivelle, transmettre le mouvement, entraîner, engrenage, s'engrener, tourner dans un sens, etc.
 2-
Objectifs :
Découvrir le principe de transmission de mouvement.
Découvrir le principe de surmultiplication, de démultiplication, de pignon intermédiaire.
a) Généralités
Bien repérer l’entrée et la sortie du mouvement. L’entrée est l’endroit où l’on agit à l’origine (ex. : une manivelle). La sortie est la dernière pièce en mouvement du système. Dans un système d’engrenage, la roue dentée sur laquelle on agit, à l’entrée, est la roue menante. Les autres sont des roues menées.
b) Sens du mouvement : fiche N°1 (bibliothème CELDA)
Emettre une hypothèse : que se passe-t-il si vous tournez la roue A ?
Valider son hypothèse en réalisant le montage.
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
c) La surmultiplication : fiche N°2 (bibliothème CELDA)
Emettre une hypothèse : que se passe-t-il si vous tournez la roue bleue?
Valider son hypothèse en réalisant le montage.
Serrez l’arbre mené entre vos doigts et faites tourner la roue bleue. Que ressentez-vous ?
Si le mené a dents et le menant, combien de tours pensez-vous que le mené devra faire pendant que le menant en fait un ? essayez d’imaginer puis testez.
Le petit pignon tourne plus vite que la grande roue menante et ils tournent dans des sens opposés. Cela s’appelle une surmultiplication. Il est très dur de tourner la menante et très facile d’arrêter le mené (on perd de la force à la sortie). Si le mené a dents et le menant , le mené fera tours lorsque le menant en fera un.
d) 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.
Serrez l’arbre mené entre vos doigts et faites tourner la roue bleue. Que ressentez-vous ?
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 dents et le menant , il faudra tourner le menant fois pour que le mené fasse un tour.
e) Le pignon intermédiaire : fiche N°2 (bibliothème CELDA)
Emettre une hypothèse : que se passe-t-il si vous tournez la manivelle?
Valider son hypothèse en réalisant le montage.
Où se trouve le pignon intermédiaire et pourquoi l’appelle-t-on ainsi ? (on peut s’aider du dictionnaire)
Changez la taille du pignon intermédiaire, manoeuvrez le système. Observez-vous des changements ?
Quelles sont les fonctions du pignon intermédiaire ?
La roue menante et la roue menée tournent dans le même sens. La roue dentée du milieu tourne dans le sens inverse. Celle-ci porte le nom de pignon intermédiaire car elle est entre les deux autres. Le pignon intermédiaire n’a pas d’effet sur la vitesse ou sur la force de rotation à la sortie, mais seulement sur le sens de rotation. La taille de ce pignon n’a pas d’effet sur la sortie du mouvement. Un pignon intermédiaire peut être utilisé pour changer le sens de rotation du mouvement final, mais aussi pour éloigner la roue menante de la roue menée dans certains montages.