3.1 L`équilibre Le pendule qui oscille et s`arrête.

3.1
L’équilibre
Le pendule qui oscille
et s’arrête.
Défi :
Comment fabriquer un pendule ?
Matériel :
1 fil à coudre de 30 cm
quelques trombones
Comment faire ?
Tu attaches quelques trombones en les nouant au
bout du fil avec un double noeud.
Tu tiens le bout libre du fil avec deux doigts et tu
éleves les trombones avec deux doigts de l'autre
main.
Ensuite tu lâches les trombones ... et tu joues au
“pendule”.
5 min.
J’observe :
Quand je lâche les trombones, ils se balancent fort, ensuite de moins en moins
jusqu'à l'arrêt.
Les trombones pendent au bout du fil et le tendent à la verticale.
Explications :
Il existe une force qui attire tous les objets
vers le sol : c'est la pesanteur.
Cette force détermine en fait le poids de l'objet qui tombe. Plus l'objet est lourd, plus il
tombe vite.
Le pendule, en oscillant, recherche une position d'équilibre et s'immobilise.
Les trombones situés au bout du fil tendent
celui-ci à la verticale (vers le bas).
Le sais-tu ?
Le maçon utilise le fil à plomb pour vérifier la
verticalité des murs.
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Ceci n’est pas de la magie !
3.2 a
L’équilibre
La pique qui reste en
équilibre. 1ère partie
10 min.
Défi :
Comment faire tenir une brochette en équilibre horizontal ?
Matériel :
1 pique à brochette
1 marqueur
(pour indiquer le point d’équilibre)
1 latte (pour mesurer)
de la plasticine
Conseil :
Cherche deux façons de faire :
1 : sans plasticine
2 : avec de la plasticine
Comment faire ?
1ère expérience:
Tu cherches à maintenir la pique en équilibre sur ton
doigt.
Tu fais un trait avec le marqueur au point d’équilibre.
Avec la latte, tu mesures à quelle distance des extrémités se trouve ce point.
2ème expérience :
Tu essaies à présent de faire tenir la pique en
équilibre mais par son extrémité.
Il te faut l'aide d'un bout de plasticine.
Tu dois chercher où placer le bout de plasticine
et en quelle quantité pour que ta pique tienne en
équilibe sur ton doigt.
Tu fais plusieurs essais.
J’observe :
Dans la première expérience, le point d’équilibre est au entre de la pique.
Pour la deuxième, je constate que c'est à l’extrémité de la pique la plus proche
de mon doigt que je dois placer la plasticine.
Explications :
Dans la première expérience, l'équilibre est obtenu quand, de part et d'autre de ton doigt, il y a la
même masse (nombre de grammes).
C'est le point d'équilibre ou centre de gravité de
la pique. Ce point se trouve au milieu de la pique.
Dans la deuxième expérience, tu alourdis l’une
des deux extrémités de la pique pour rétablir
l'équilibre et tu dois chercher son nouveau
centre de gravité.
Tu dois donc ajouter de la plasticine pour que
la masse de la pique soit la même des deux
côtés du doigt.
Le sais-tu ?
Les anciennes balances (appelées balances
romaines) fonctionnaient selon ce principe.
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Ceci n’est pas de la magie !
3.2 b
L’équilibre
La pique qui reste en
équilibre. 2ème partie
15 min.
Défi :
Comment faire tenir une pique en équilibre vertical sur le coin de la table ?
Matériel :
1 pique à brochette
du fil métallique
de la plasticine
Comment faire ?
Tu enroules le bout du fil métallique à l'extrémité de la pique
et tu laisses prendre le reste en dehors de la table.
Au bout du fil métallique libre, tu accroches une boule de plasticine qui pend dans le vide.
Tu ajustes la quantité de plasticine et sa position sous la table
jusqu'à ce que la pique à brochette reste verticale sur le bord de
la table.
J'observe
’
:
Le poids de la plasticine redresse la brochette.
Explications :
Plus le centre de gravité de l’objet est bas, plus il sera en équilibre car
il est attiré par une force, la pesanteur.
L’astuce, ici, c’est d’abaisser le centre de gravité en ajoutant une
masse (la plasticine) le plus bas possible.
Son centre d'équilibre (centre de gravité) est en dehors de la table,
seul endroit possible le plus bas vers le sol.
Le sais-tu ?
Les grandes grues que tu vois sur les
chantiers sont équipées de contre-poids
pour garder leur stabilité lors de la manutention de lourdes charges.
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3.3
L’équilibre
Le clown
qui fait le poirier.
30 min.
Défi :
Comment faire tenir un clown " en poirier " sur son noeud papillon ?
Matériel :
1 photocopie des deux faces du clown
sur papier bristol
1 paire de ciseaux
des marqueurs ou crayons de couleur
quelques trombones
1 tube de colle blanche
Comment faire ?
Tu colories les deux faces du clown en lui mettant son plus
bel habit de couleur. Tu les découpes et tu les colles.
Tu essaies de faire tenir ton clown en équilibre sur ton
index en le posant sur son noeud papillon.
Comme il tombe aussitôt, tu dois améliorer son équilibre en
plaçant des trombones sur chacune de ses mains pour le
lester.
Tu le mets à nouveau en poirier sur ton doigt.
Plus il y a de trombones (donc plus lourds) placés au plus
bas, plus le clown est stable.
Pour faire tenir ton clown bien droit, tu dois mettre le
même nombre de trombones de chaque côté.
J’observe :
Quand il est lesté avec des trombones, je peux le faire tenir en équilibre sur
mon doigt, sous le noeud papillon.
Je peux même le faire balancer, il ne tombe pas !
Explications :
Le centre de gravité (centre d'équilibre) est situé dans le ventre du clown.
Plus le centre degravité est bas, plus le
corps est stable.
Quand tu places les trombones sur les
deux mains du clown, en position verticale, tu abaisses son centre de gravité.
La masse du clown est également répartie de part et d'autre de ton doigt et
il reste en équilibre même si tu le balances de gauche à droite.
Le sais-tu ?
Les funambules qui se tiennent en équilibre
sur un fil au-dessus du sol, écartent les bras
ou tiennent une perche dans les mains pour
ne pas tomber.
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3.4
L’équilibre
Le perroquet
qui se balance.
30 min.
Défi :
Comment faire tenir le perroquet sur le bout de ton doigt?
Matériel :
1 photocopie des 2 faces du perroquet
sur papier bristol
des marqueurs ou crayons de couleur
1 paire de ciseaux
1 trombone
1 tube de colle blanche
Comment faire ?
Tu colories les deux faces de ton perroquet de
ses plus belles couleurs et tu les découpes soigneusement.
Tu colles les deux faces l'une contre l'autre.
Tu essaies de faire tenir le perroquet en
équilibre sur le bout de ton doigt.
Comme il ne tient pas bien, cherche le moyen
de le lester avec un trombone.
Tu cherches l’endroit de la queue qui permet la
meilleure stabilité de ton perroquet.
J’observe :
Dès que mon perroquet est lesté, il tient en équilibre et peut même se balancer sur le bout de mon doigt quand je le touche.
Explications :
En ajoutant un trombone sur la queue de ton
perroquet, tu l’alourdis et tu abaisses son
centre de gravité.
Le centre de gravité (centre d'équilibre),
d’un objet ou d’une personne, doit se situer
le plus bas possible pour avoir la meilleure
stabilité.
Le sais-tu ?
Les voitures de course sont très basses
et près du sol pour éviter les dérapages,
ainsi elles " collent " mieux
à la route.
Pour charger une voiture, il faut bien répartir les valises dans le
coffre pour avoir une meilleure stabilité lorsqu'elle roule.
Un porte-bagages trop chargé, sur le toit de la voiture, diminue
sa stabilité et risque de lui faire perdre l’équilibre dans un
tournant.
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3.5
L’équilibre
La boîte qui tient
dans le vide.
30 min.
Défi :
Comment faire tenir une boîte en équilibre sur le bord de la table ?
Matériel :
2 feuilles de papier
1 plan de pliage
4 rondelles en métal
Comment faire ?
1ère expérience :
Tu suis les instructions de pliage et tu obtiens
une belle boîte rectangulaire.
Tu poses le bord de la boîte (en largeur) sur le
bord de la table et tu la pousses petit à petit
vers le vide.
A un moment, elle tombe. Tu notes l'endroit où elle bascule en traçant une fine
ligne sur ta boîte.
2ème expérience :
Tu fais une seconde boîte et tu y places
quatre rondelles, à l'intérieur vers un bord.
Tu places ta boîte lestée comme précédemment sur le bord de la table et tu la pousses
doucement vers le vide.
J’observe :
Je constate que la boîte lestée dépasse l’autre boîte, elle a une plus grande
surface dans le vide que l’autre et cela sans tomber !
Explications :
Tout objet possède un point particulier
qui est le centre d'équilibre (le centre de
gravité).
Pour qu'il y ait équilibre, le poids de l'objet doit être également réparti de part et
d'autre du centre de gravité.
La ligne tracée dans la boîte sans rondelle se trouve au milieu de celle-ci.
Dans le cas de la boîte lestée, les rondelles ont déplacé le centre de gravité vers
le bord où elles sont placées. Ainsi, la partie dans le vide est plus grande que
dans l’autre boîte.
Le centre de gravité n’est plus au milieu
de la boîte.
Le sais-tu ?
L'art du pliage du papier est une spécialité japonaise qui s’appele l'origami.
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