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. Je m'interroge et je cherche
- Discipline / domaine
- Sciences et technologie
- Objectif
- S'interroger à partir de documents ou de phénomènes de la vie courante.
Expérimenter pour construire une explication
- Durée
- 60 minutes (4 phases)
- Matériel
- Documents : photo de montgolfière en vol et au sol en gonflage, photo d'une lanterne magique pour bébé
Groupe 1 : Compas, crayon, feuille de canson, brochette, bouchon de stylo, support
Groupe 2 : 2 ballons de baudruche, mètre de couturière
Groupe 3 : bouteille en plastique, ballon de baudruche, bac, eau chaude
Groupe 4 : ballon de foot ou volley dégonflé, pompe, balance roberval
- Remarques
- Une heure avant la séance, gonfler deux ballons de baudruche à l'identique et en placer un au-dessus d'un radiateur.
1. Analyse de documents et hypothèses
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5 min. | découverteProjetter les deux photos de montgolfières.
Savez-vous pourquoi la montgolfière monte dans le ciel ? A-t-elle un moteur ? Pourquoi est-elle équipée d'un chalumeau ? À quoi sert-il ?
Projetter la photo de la lanterne magique.
Que se passe-t-il quand on allume cette lanterne magique ? Est-elle vraiment magique ?
Laisser les élèves s'exprimer en groupes puis noter leurs conceptions et les questions qu'ils se posent au tableau.
2. Mise en place des groupes de recherche
| 30 min. | rechercheVous allez, en groupes, faire une recherche qui mettra en évidence les caractéristiques de l'air et qui permettra de donner des explications aux phénomènes observés dans les documents. Après votre recherche, chaque groupe viendra présenter son expérience, les réultats obtenus et montrer en quoi cela explique ce que l'on a supposé en observant les documents.
Placer les élèves en 4 groupes
Distribuer à chaque groupe le matériel et les consignes + feuille blanche pour noter les observations du groupe (pour la mise en commun)
Laisser à chaque groupe 10 minutes d'expérimentation + 10 minutes de préparation du compte-rendu.
3. Mise en commun
| 20 min. | mise en commun / institutionnalisationGroupe 1 : comment faire tourner un moulinet ?
On constate que l'air chauffé monte dans l'air ambiant plus froid.
Il est possible que les élèves interprètent le mouvement du moulinet placé sur le radiateur (et plus généralement le mouvement ascendant de l'air au-dessus d'une source de chaleur) en disant que l'air chaud est "moins lourd" que l'air froid. Cette hypothèse permet de poser la question du poids de l'air qui sera vérifiée par le groupe 4.
Cette expérience explique le fonctionnement de la lanterne magique
Groupe 2 : Que se passe-t-il quand on chauffe de l'air (ballons)
On constate que l'air chauffé se dilate (pour la même masse, il occupe plus de place).
En chauffant l'air emprisonné dans une enceinte déformable (ballon de baudruche posé sur le radiateur), on peut constater que son diamètre augmente par rapport au ballon témoin maintenu à température ambiante.
Si l'augmentation du volume de l'air est trop importante, l'enceinte peut éclater (c'est une cause très fréquente de l'éclatement des pneumatiques des véhicules)
Groupe 3 : Que se passe-t-il quand on chauffe l'air d'une bouteille ?
On constate aussi que l'air est un gaz qui se dilate quand la température augmente et que, de ce fait, sa densité diminue.
L'air contenu dans la bouteille plongée dans l'eau chaude se dilate. Comme la bouteille est indéformable, l'air s'en échappe et gonfle le ballon de baudruche qui se redresse.
Groupe 4 : l'air est-il pesant ?
Si l'on compare la masse du même ballon bien gonflé puis dégonflé, le déficit de masse (le déséquilibre de la balance) est évident.
Le ballon qui contient plus d'air est plus lourd que le ballon qui en contient peu.
L'air est donc pesant.
4. Synthèse
| 5 min. | réinvestissementRetour sur les photos projettées :
1 - l'air est pesant
La montgolfière, ou ballon à air chaud, n'a pas de moteur mais s'élève en altitude quand l'air emprisonné dans son enveloppe est chauffé. La photo 2 montre le chalumeau qui permet tout simplement de chauffer l'air contenu dans le ballon.
2 - L'air chaud pèse moins que l'air froid
La lanterne magique tourne dès qu'on allume la lampe. Il est facile de vérifier avec les élèves qu'une lampe allumée chauffe l'air à son contact. Comme dans le moulinet construit, la turbine entre en rotation, entraînée par le mouvement ascendant de l'air chaud dans l'air ambiant, plus froid.
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