Séance optionnelles (Séquence 2)

Les élèves font part de ce qu’ils savent à propos de ce qu'on appelle la verticalité et nomment des objets qu’ils pensent être verticaux : les questionnaires-test peuvent être consultés à cette occasion et commentés.

Comment vérifier la verticalité d’un objet ?

Expérimentation-jeu

Certains proposeront peut-être de faire une vérification amusante de visu, non pas pour un objet isolé mais conjointement pour deux objets différents mais censés être verticaux. Par exemple, on se place à côté de l’arête “ verticale ” d’une porte ouverte et on vise – en fermant un œil – le montant “ vertical ” d’une fenêtre sur le mur d’en face : si, en déplaçant légèrement la tête de côté on voit l’arête et le montant se rapprocher et que, peu à peu, ils semblent être bien parallèles jusqu’à coïncider sur toute leur longueur, c’est sans doute parce qu’ils sont tout deux réellement verticaux (ou que, par le plus grand des hasards,

ils “ penchent ” de la même façon, soit réellement, soit par un effet de perspective !) Cette méthode est très intéressante à faire lorsqu’on est en présence de deux bâtiments très hauts (tours de nos cités modernes) : la précision de leur verticalité est vraiment impressionnante !

Les élèves peuvent donc s’amuser à expérimenter cette méthode. Lorsqu’ils perçoivent une “ anomalie ”, ils doivent détecter lequel des deux objets n’est pas vertical (ou les deux !) en faisant pour chacun une nouvelle “ visée ” par rapport à un troisième objet déjà “ étalonné ”.

Réaliser et utiliser des fils à plomb

Ayant compris qu’il faut forcément se référer à un objet lui-même vertical, les enfants peuvent se poser la question : comment faire pour vérifier la verticalité d’un objet isolé ?

Quelques uns auront vu des niveaux à bulle sophistiqués dont “ l’un des trois tuyaux à bulle ” permet de vérifier la verticalité d’un objet (les deux autres indiquant, l’un, l’horizontalité bien sûr, et l’autre, l’angle de 45°). D’autres auront sans doute entendu parler du fil à plomb, si bien qu’il sera intéressant d’en confectionner à partir de différentes sortes de “ fils ” et de “ plombs ” : on constatera que la ficelle fine convient mieux pour les “ plombs ” relativement légers, plutôt que la grosse ficelle qui se tend plus difficilement. Les rondelles de métal seront particulièrement appréciées pour leur facilité d’attache et par le fait qu’étant plates, elles permettent d’approcher le “ fil ” au maximum de l’objet à tester.

Une fois les fils à plomb terminés, les élèves les utiliseront pour vérifier la verticalité de divers objets dans la classe et à l’extérieur (figure 1)

2) Travaux sur l’horizontalité

Durée: trois séances de 30 à 45 min.

Lieu : classe.

Matériel : Pour la classe

.Manip "avec les récipients contenant de l'eau :

8 à 10 grandes feuilles de papier blanc ordinaire (50 x 65 cm),
une douzaine de récipients en plastique (voir plus loin lesquels) avec un peu d'eau légèrement colorées (prévoir une éponge!),
des crayons noirs,
quelques grandes règles plates ou des morceaux de baguette électrique bien rectilignes,
un niveau à eau du commerce

"Manip" pour découvrir l'angle droit :

Les feuilles de la première expérience toujours affichées,
des fils à plomb,
quelques feuilles de couleur coupées (très soigneusement) en quatre, trois ou quatre équerres (mises de côté dans un premier temps).

Matériel : Pour chaque groupe de 2 élèves :

Réalisation des niveaux à bulle :
une ampoule de sérum physiologique (produit vendu en pharmacie pour l'hygiène des bébés),
20 cm de baguette couvre-joint de 40 mm,
ruban adhésif

Enquête préalable

En général, les enfants définissent l’horizontalité en citant divers objets de la vie quotidienne, par exemple, le sol des locaux : “c’est toujours bien plat, mais si parfois ça monte un peu, on le sent tout de suite ”, ou le dessus d’une table : “ c’est bien plat aussi mais, si c’est un tout petit peu penché, une bille va rouler et tomber par terre ”. L’horizontalité est donc pour eux synonyme de stabilité, comme la verticalité est synonyme d’équilibre.

C’est peut-être la raison pour laquelle ils ne pensent pas à citer l’eau au repos, sa nature même étant d’être instable : Demandez-leur de dessiner du liquide dans un récipient : beaucoup traceront une ligne ondulée en guise de surface. Et s’il s’agit d’une bouteille sur le point de verser de l’eau dans un verre, le niveau du liquide sera franchement oblique.

Expérience

Voici une petite “ manip ” pour découvrir l’horizontalité de la surface libre d’un liquide, les élèves se mettant par groupes de 3 à 5 mais disposant d'un matériel commun.

Plusieurs grandes feuilles de papier, retaillées pour avoir une forme irrégulière quelconque, sont affichées sur les murs et sur le tableau, à raison d’une par groupe. Une douzaine de récipients différents en plastique transparent (ou translucide) sont posés sur une table centrale. Ce sont des boites de congélation, des barquettes alimentaires, des flacons de produits d’entretien (le tout bien propre !) : leur section est de préférence carrée, rectangulaire ou oblongue ; ils contiennent chacun de l'eau légèrement colorée jusqu'à environ un quart de leur hauteur.

Un enfant par groupe prend l’un des récipients, l’approche du mur et le “ plaque ” avec précaution contre l’une des feuilles, mais sans chercher à le mettre “ bien droit ”, plutôt même en l’inclinant un peu, et le maintient immobile.

Un camarade en “ décalque ” le contour puis, lorsque l’eau contenue est au repos, il fait une petite marque de part et d’autre du récipient pour repérer le niveau du liquide. L’opération est refaite plusieurs fois avec des récipients variés et inclinés différemment. Ensuite, dans chaque silhouette dessinée, on joint les deux repères, certains élèves utilisant spontanément une règle (figure 2).

Les enfants constatent que “ tous les traits ont l’air d’être bien à plat ”. Comment le vérifier ? “ On peut les agrandir de chaque côté avec une grande règle, pour mieux voir ”. Cela amène la remarque : “ Ça fait des lignes parallèles : on peut le vérifier comme on a fait l’autre jour avec nos calques ” (revoir la figure 6 de la séquence 1).

Autre remarque : “ Ça fait bien à plat, comme par terre, c’est horizontal ”. Comment le vérifier ?

Les enfants dont les parents sont bricoleurs ou amateurs de camping-caravaning, citeront sûrement le niveau à bulle et proposeront d’en apporter un en classe. Une fois que l’objet aura été observé, testé, il permettra de vérifier, sur les feuilles encore affichées, l’horizontalité des tracés représentant les niveaux de l’eau dans les différents dessins de récipients (figure 3).

(Vous veillerez à ce que ces feuilles restent affichées dans leur position d’origine pour permettre la découverte de l’angle droit, expliquée plus loin).

Réaliser et utiliser des niveaux à bulle

Voici une façon simple et rapide pour faire réaliser par vos élèves quelques niveaux à bulle très astucieux : cela, à partir d’ampoules de sérum physiologique fixées sur des morceaux de baguette couvre-joint de 40 mm, à raison de 20 cm par niveau. L’ampoule, posée à plat dans le creux de la baguette, est maintenue en place avec de l’adhésif. Il faut maintenant tester l’ensemble sur une surface dont l’horizontalité aura été reconnue avec un “ vrai ” niveau : cela, afin de rectifier plus ou moins, avec des “ cales ” de papier, la position de l’ampoule sur son support. Les élèves vont chercher à ce que la bulle (ou plutôt le groupe de petites bulles) se stabilise juste au centre. Ils verront qu'il n'est pas nécessaire de mettre un repère de chaque côté (comme dans les niveaux du commerce dont le tube est légèrement "en pont") car, à la moindre inclinaison, la "bulle" repart à l'une des extrémités de l'ampoule.

Les élèves vont ensuite utiliser leurs niveaux spontanément sur des tables, des étagères, des bancs, etc., pour en vérifier l’horizontalité. Mais ils se contenteront souvent de les placer dans une seule position, souvent parallèle à un bord : mettez-les alors au défi d’obtenir le centrage de la bulle sur une table dont vous aurez légèrement soulevé un pied (lequel reposera sur un livre par exemple). Ils y parviendront après quelques tâtonnements, et ils comprendront alors qu’il est nécessaire de placer leurs niveaux dans au moins deux positions très différentes sur un même objet pour s’assurer de l’horizontalité de celui-ci.

Découvrir l’angle droit de façon expérimentale

Les grandes feuilles avec les tracés des récipients contenant de l’eau étant encore en place, suggérez aux enfants, si certains n’y ont pas déjà pensé, de reprendre leurs fils à plombs et de les approcher des dessins pour voir s’il n’y aurait pas quelque chose d’intéressant à remarquer… “ Le fil à plomb fait avec le trait de la surface de l’eau un croisement qui ressemble au signe + d’une addition ”.

Donnez une petite feuille de papier de couleur à chaque groupe et demandez si on ne pourrait pas insérer celle-ci dans le “ croisement ”. Les élèves voient tout de suite que la feuille peut non seulement coïncider avec chacun des quatre secteurs de leurs “ croisements ”, mais aussi, qu’en la faisant pivoter, chacun de ses “ coins ” va pouvoir convenir (figure 4). “ On pourrait aussi placer dans un croisement quatre équerres comme celle de mon grand frère ! Avec la sienne, il trace des angles droits comme ceux qu’on nous demandait de repérer dans notre questionnaire ”.

Les élèves vont bien sûr rechercher autour d'eux des objets, fort nombreux, qui présentent des angles droits. D'autre part, ils s'entraîneront à tracer des angles droits à l'aide d'une équerre, tout en constatant que celle-ci peut être superflue quand on utilise du papier millimétré ou à carreaux (mais seulement lorsque l'un des côtés de l'angle droit coïncide, ou est parallèle, avec une réglure).

Ainsi, ayant découvert que ce qui est “ bien droit ” est vertical, que ce qui est “ bien à plat ” est horizontal, et que le “ croisement ” des deux donne l’angle droit de l’équerre, les enfants comprennent que les gnomons sur leurs supports doivent avoir ces caractéristiques pour être vraiment fiables entre eux.