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FICHE N°4
LES POTERIES FLORALES
Géométrie: construction de solides Physique: évaporation Biologie: les végétaux
Départ: Créer des poteries destinées à organiser des jardins miniatures
Objectif: inventer des formes transparentes destinées à recevoir des plantes
Matériel: carton, compas, ciseaux
papier quadrillé
plastique dur de 2 à 3 mm
altuglass ou plastique transparent épais (2mm)
Cisaille et thermoformeur (si possible)
Pour créer un solide, il est d’abord nécessaire de le concevoir. On peut ainsi montrer aux élèves des polyèdres à 4, 5, 6, 7, 8 faces latérales; les bases étant des polygones réguliers ou non à 4, 5, 6, 7, 8 côtés.
Choix de formes : afin d’amener les élèves à des chox privilégiés, on peut montrer que la reproduction de certaines figures est fort complexe (pentagone, heptagone ) ainsi que des formes non régulières.
Choix de deux formes: la base hexagonale et la base octogonale
Création du patron:
Création d’un hexagone régulier
voir les constructions géométriques.
le côté de l’hexagone servira
de mesure pour les faces latérales (rappel, si le disque possède un rayon de N cm, le côté de l’hexagone sera de N cm.
Création des six faces latérales
Problèmes:
Sur quoi reposeront les faces latérales? Il faut donc construire un hexagaone plus grand, de rayon 1.2 fois le rayon précédent.
Comment coller les faces sur un plan perpendiculaire? Intervient ici le premier hexagone qui, tout en servant de gabarit sera collé contre le grand hexagone et contre les faces latérales.
Comment réaliser en altuglass les six faces? Ici intervient un problème technique: soit à la thermoformeuse, il est possible de créer 3 faces au maximum à la fois par le biais de 2 pliages, soit il est nécessaire de decouper six rectangles égaux.
Problème de l’étanchéité: l’utilisation d’une colle plastique de type Rubson permet à la fois le collage et assure l’étanchéité avec la base mais ne résoud pas les problèmes des faces latérales; il est donc utile de prévoir des joints en X et une colle transparente pour les faces latérales.
REALISATION PRATIQUE:
Choix des matériaux:
Les matériaux ne peuvent être du bois (putrescible) ou du métal (rouille) au contact de l’humidité, bien qu’il soit possible de les protéger ( résine , peinture micropreuse, époxy, etc) mais la réalisation est alors allongée d’autant pour un résultat très moyen (nécessité de plusieurs couches de peinture).
L’usage des plastique apparait comme un bon substitut. Le verre dangereux est remplacé par un plastique transparent genre altuglass.
Objet construit:
Cet objet a été transmis avec les gabarits aux élèves de sixième qui ont eu pour mission de mettre en place l’ensemble des découpes ainsi que les formatages.
Eléments transmis:
- gabarits hexagonaux à découper dans une plaque plastique de 2mm
- formatage de deux plaques d’altuglass de dimensions données et d’angles saillants 120°
Assemblage des différentes parties par les élèves de CM (CM1 ou CM2).
Le vase a ensuite été rempli de sable coloré, de tourbe puis de terre de bruyère; enfin mise en place de plantes selon les gouts de chacun: cactées (à manipuler avec des gants épais) , plantes vertes ou bulbes; certains ont ensuite placé de la mousse.
Arrosage assez limité à prévoir.
Variantes adoptées par les élèves de sixièmes:
Le socle est constitué par un carreau de céramique octogonal régulier ou non, ce qui amène des mesures d’angles.
La face supérieure a été créée sous forme de boite encastrée ou sous foume de face rabattable avec une charnière collée afin de limiter l’évaporation d’où les éléments figurés ci dessous:
bases régulières ou non
dessus du pot avec une charniere
FICHE N°5
ELABORATION D’UN CADRAN SOLAIRE
Géométrie: les angles Physique: les ombres , la notion de durée, recherche de la latitude
Départ: observation de l’ombre portée sur le sol à différents moments d’une journée ensoleillée, si l’on mesure les angles formés à 1 heure d’intervalle, on peut observer une régularité.
Objectif: Créer un instrument portatif qui indiquera l’heure de la même manière que le phénomène observé; création d’un objet « culturel »
Matériel: plaque de terre glaise ou de platre, tige métallique, boussole.
instruments pour graver le platre ou la terre glaise.
OBSERVATIONS:
Poser sur le sol une plaque de terre glaise (environ 30cm de côté), au milieu planter une tige métallique puis noter toutes les heures l’endroit où se situe l’ombre portée.
Plusieurs remarques peuvent se faire jour:
longueur de l’ombre portée
orientation du cadran
position de la tige métallique.
Trois réponses:
l’ombre portée la plus longue se situe à midi solaire ( ce qui n’est pas l’heure légale) d’où une recherche documentaire à mettre en place avec les élèves sur les fuseaux horaires et la relation entre ceux-ci et les méridiens. En France, l’heure légale correspond à une différence de 55mn en heure solaire entre Brest et Strasbourg!
L’orientation du cadran: la plus grande ombre correspond à une orientation Nord (à regarder avec la boussole).
La position de la tige métallique qui permet d’obtenir la plus grande ombre portée correspond à une inclinaison ( essais réalisés avec angle de 30°, 45°, 60°). En France, la plus grande ombre portée correspond à un angle d’environ 45°qui représente la latitude du lieu.
Problème posé:
la Terre est représentée par un ballon de beaudruche.
Une source lumineuse figure le Soleil.
Deux cadrans solaires sont placés, l’un dans l’hémisphère Nord; l’autre dans l’hémisphère Sud.
Où se situera dans les deux cas l’ombre portée?
Quelle devra être l’inclinaison de la tige du cadran solaire dans l’hémisphère Sud?
A la fin de l’expérimentation, relever tous les angles formés par les ombres portées. On constate une égalité entre ces différents angles. Sachant que un angle plein mesure 360° et que la durée d’une journée est de 24 heures, la valeur de chaque angle sera de 15°.
Comment créer un angle de 15°? Rappel angle de 60°; bissectrice de cet angle donc création de deux angles de 30°; bissectrice de l’un des deux angles d’où création de l’angle de 15°.
Autre méthode avec le papier calque: tracé d’un angle de 60° puis par pliages successifs obtention de l’angle de 15°
Nécessité de deux demi droites assez « grandes » au départ afin de limiter les imprécisions.
CREATION DU CADRAN SOLAIRE:
Deux parties distinctes: le socle et la tige; une liaison socle-tige.
Le socle:
Il peut être en terre glaise ou en plâtre dans lequel seront gravés les angles tous les 15° à partir d’un sommet commun.
Mise en place sur deux arcs de l’heure vraie et de ou des heures légales soit par gravure, soit par appport de chiffres collés. Gros problème à ce niveau car à 12heures solaires ne correspondra pas obligatoirement 11 ou 10 heures légales; des minutes apparaissent en fonction du lieu!
Le style ou tige métallique:
angle par rapport au socle égal à la latitude du lieu; nécessité de mesurer des angles avec un rapporteur et création d’un gabarit afin de fixer le style dans le plan perpendiculaire au trait correspondant à la plus grande ombre portée (12 heures)
La décoration est laissée au libre choix des élèves; certains utilisent les chiffres romains, d’autres arabes, d’autres s’inspirent de caractères des polices de l’ordinateur.
Le support peut être peint, vernis , mais peut également être constitué d’une plaque de bois; les traits et les heures étant tracés au pyrograveur.
Nota:
Ce cadran solaire peut être placé horizontalement et posséder toute dimension choisie, ou verticalement, auquel cal le style doit former un angle de 90°-latitude par rapport au socle.
On peut conparer ces réalisations à des cadrans anciens ( voir documentation et histoire) soit à des objets existants.
FICHE N°6
CREATION DE JEUX ELECTRIQUES
Physique: les circuits électriques
Départ: à partir de circuits électriques crées en physique, transfert sur des circuits soit ayant pou objectif la dextéité, soit sur les jeux questions réponses.
Matériel:
tiges métalliques, fils électriques, ampoule.
Objets crées:
Mise en place de la dextérité manuelle:
Ici, le principe du circuit électrique est revu:
pile --> fil conducteur --> interrupteur sous forme de boucle faisant ou non contact avec le fil metallique --> fil métallique tordu --> tige métallique -->ampoule --> pile.
Recherche des pannes si le circuit ne fonctionne pas: pile, ampoule, contacts?
Jeu de questions réponses:
Quelques remarques concernant le montage:
les fils joignant questions et réponses doivent être isolés
les plots peuvent être des attaches parisiennes ou, si la plaque est est bois , des vis ou des systêmes boulon -écrou qui cionceront le fil
l’ampoule est fixée sur un support
les contacts peuvent être des clous ou tout autre tige métallique
Problème de non fonctionnement:
mauvais contacts
contacts entre plusieurs questions ou réponses.
Pile?
Ampoule?
Remarques concernant les questions réponses:
le nombre doit être assez élevé pour que la mémorisation des contacts soit assez malaisée (environ 20 questions serait le minimum)
la création de fiches amovibles questions réponses est simple mais faire attention sur l’ensemble des fiches à conserver le même ordre dans les réponses (voir la raison).
FICHE N° 7
LAMPE DE POCHE
Physique: électricité optique
Départ: observation d’un circuit électrique comprenant ampoule et interrupteur, obscurcissement de la salle de classe
Objectif: comment réaliser une lampe de poche et comparer à celles du commerce
Matériel: piles rondes, ampoules, fil conducteur, papier aluminium, interrupteur, tournevis et outils divers, pour la réalisation un cylindre plastique dans lequel peuvent coulisser des piles rondes.
OBSERVATIONS:
Le montage de départ:
Une fois le circuit électrique crée, il est nécessaire de créer le boitier pour transporter les piles, l’ampoule et l’interrupteur.
Le problème soulevé par la suite: la diffusion du faisceau lumineux:
Observation de lampes de poches et vision de la forme conique du receptacle de l’ampoule, receptacle argenté ou recouvert d’un film métallique brillant.
Expériences:
cône recouvert de papier aluminium
cylindre recouvert de parpier aluminium
cylindre recouvert partiellement de papier aluminium
Mise en place du circuit électrique fermeture de ce dernier et observation du phénomène dans une salle assombrie.
Schéma de principe:
Ce schéma est simple à comprendre et à réaliser par les élèves.
Quelques problèmes à voir avec eux:
Piles: quel type et combien?
Ampoule: faire des essais avec des ampoules de 3,5V, 6 V et 9V.Conclure au niveau luminosité
Réalisation pratique:
Trois problèmes se posent:
- Comment établir le contact piles ampoule: nécessité d’un ressort qui contraint les deux piles à se positionner contre l’ampoule; un fil conducteur partant alors du ressort pour aller vers l’interrupteur.
- L’interrupteur: plusieurs solutions:
lamelles qui glissent de part et d’autre de l’étui et qui font contact avec le fil conducteur (solution A)
bouton avec ressort qui forme contact lorsque l’on appuie dessus (solution B)
en tournant l’embout, on crée ou non le contact (solution C) mais le ressort doit alors être partiellement isolé.
La solution C a été abandonnée faute de conception suffisamment solide ( difficile de créer un système rotatif partiellement isolé en CM)
- comment pouvoir mettre ou enlever les piles?
Deux solutions: soit créer un emboitement avec une forme creuse et une évidée (A), soit créer un bracelet extérieur collé sur l’une des parties du boitier (B)
Bien que A soit la solution la plus esthétique, elle est peu réalisable en CM du fait du soin à apporter au creusement du bloc ( problème de sécurité) et est celle qui aurait permis la compréhension de la structure de vissage/dévissage que l’on rencontre dans toutes les liaisons semi-fixes rigides
La solution B a donc été adoptée.
La fixation de cône:
Le cône a été réalisé dans du plastique de récupération (bouteille d’eau minérale); du papier aluminium a été collé à l’intérieur . L’ampoule a été fixée sur un culot à vis du commerce et le système a été lui-même collé sur le culot, collé à son tour sur le boitier de la lampe de poche.
MONTAGE ET DÉMONTAGE D’UNE LAMPE DE POCHE
les élèves ont eu à apporter des lampes de poche de divers modèles. Il faut alors retrouver dans ces divers lampes les systèmes trouvés sur la lampe de poche crée:
interrupteur,conducteurs électriques, ampoule , pile
fixation des piles , fixation de l’ampoule
dégagement et mise en place des piles
Pannes concernant la lampe de poche: mise hors circuit de certaines lampes; faire rechercher la ou les pannes.
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