Activité pour la classe	la girouette
2002		Ecole : Montaigne adresse : Sevran	Guy GAUTIER
Cycle : 3		Point du programme : Monde construit par l'homme	montaigne.elem93@wanadooo.fr

Objectifs de connaissance : réaliser un objet technique capable d'indiquer la direction du vent.

Matériel

Pour la classe :

Pailles, pique-brochettes, papier, carton, ficelle, laine, attaches parisiennes, tissu,terre.
Bobines de fil à coudre vides, tourillons, carton
Pour réaliser des socles : Bouteilles en plastique lestées de sable, planchettes en bois, polystyrène
un ventilateur

Par groupe d'élève :

Le mot du maître

Les élèves doivent savoir qu'un axe doit être fixé par deux points.
Ils doivent savoir orienter un plan
La notion de prise au vent doit être travaillée dès la première séance (la machine qui bouge)
les élèves sont persuadés que la masse a une influence sur l'orientation de la flèche, que l'inclinaison vers le haut ou vers le bas influe sur l'orientation

Séquence N°1 : Réalisation d'une machine qui indique la direction d'où vient le vent.

Compétences spécifiques :

Etre capable de fabriquer un objet mettant en oeuvre des mécanismes simples

Notions :
axe
liaison mobile
prise au vent

1ère Séance : émergence des connaissances

Maître : Qu'est-ce que le vent ?

Elèves : C'est naturel, c'est de l'air qui souffle, qui vole. On le sent, on ne le voit pas.

Maître : Si on ne le voit pas comment peut-on savoir s'il y a du vent ?

Elèves : On l'entend et il fait bouger les arbres.

Maître : Cherchez tous les objets ou les élements naturels qui bougent avec le vent.

les feuilles des arbres, les déchets (légers), les cheveux, l'herbe, les vêtements, les rideaux, l'eau, les fleurs, le parachute, le cerf-volant, les sacs plastiques, le sable, les oiseaux, les ballons, les parapluies qui se retournent, les drapeaux, la balançoire.

Maître : Essayer de classer ces éléments en justifiant votre choix.

Sur 6 groupes, 5 ont proposé un classement du type : déchets, objets, nature.
dans le dernier groupe un élève propose de mettre l'herbe et les cheveux ensemble parce qu'ils suivent le vent mais ils ne bougent pas

2ème Séance : Mise en place d'un protocole et réalisation

Vous allez fabriquer une machine qui bouge avec le vent. La machine bouge mais ne doit pas se déplacer

1 - Sur le cahier d'expériences, dessinez la machine telle que vous l'imaginez
2 - Venez chercher les matériaux dont vous avez besoin
3 - Fabriquez votre machine puis testez-la devant le ventilateur
4 - Sur le cahier d'expériences, dessinez la machine que vous avez construite .

Hormis Laurent qui a dessiné une éolienne et Arda qui a esquissé un véhicule sur roulette, tous les autres ont imaginé des morceaux de tissu accrochés à des supports variés.

Des différentes réalisations, il ressort que le tissu et la laine sont les 2 éléments qui bougent parce qu'ils sont léger
la laine vole, si elle est trop longue elle ne peut pas voler.

 

3ème Séance : tâtonnements

Modifiez votre machine pour qu'elle puisse indiquer la direction d'où vient le vent. vous pouvez travailler à plusieurs sur la même machine

Sur votre cahier d'expériences, dessinez ou écrivez ce que vous pensez faire.

4ème Séance

Kathleen : La flèche rouge se tourne vers le ventilateur parce que la bobine tourne avec le pique-brochette qui fait tourner les deux autres pique-brochettes attachés.

Hypothèses :

Anaïs ; c'est comme une boussole qui marche avec le vent
Kathleen : si on écrit sur la machine Nord, Sud, Ouest ça va tourner et on sera où est la direction

Sofiane : le ventilateur pousse les 2 pique-brochettes et le pique-brochette qui a la flèche rouge suit le ventilateur comme un aimant
Aurélie : Je vois que quand il y a du vent le bout du pique-brochette se baisse et l'autre monte vers le vent ; c'est bizarre !
Célia : La flèche tourne vers le ventilateur car le derrière du pique-brochette est plus baissé que le devant du pique-brochette. Si on change de côté la flèche, ça ne va pas changer de côté car je le réécris le derrière est plus penché que le devant.

Ludovic : la machine d'Aurélie tourne comme si c'était un avion qui décolle. Car un avion se met toujours face au vent pour décoller. Mais je ne sais pas pourquoi. Et si la flèche ne se met pas face au vent la machine ne marche pas

Anaïs : si les deux pique-brochettes sont droits ça marchera peut-être pas ! On va reconstruire une autre machine pour vérifier

5ème Séance : le maître guide

Avec le matériel mis à votre disposition, construisez une machine comme celle d'Aurélie. Collez la flèche rouge d'un côté et trouvez une astuce pour que cette flèche se dirige vers le ventilateur. Puis décollez la flèche rouge et placez-la à l'autre extrémité et modifiez la machine pour que la flèche montre le ventilateur.

Sur votre cahier d'expériences, expliquez pourquoi la flèche se tourne toujours vers le ventilateur.

La majorité des machines montraient un défaut de stabilité dû au maintien de l'axe par un seul point au niveau du bouchon.et par suite des problèmes de frottement apparaissaient au niveau de la liaison mobile.

Après 30 mn de manipulation aucun groupe n'avait trouvé une solution pour orienter la flèche de la machine vers le lit du vent.

Lors d'un moment de regroupement un dialogue s'instaure entre le maître et les élèves :
Qu'est-ce qui fait tourner la machine ?
c'est le vent
Où pousse le vent ?
ça pousse derrière.
Alors qui faut pour que ça pousse bien derrière ?
On peut mettre du papier

nouvelle période de manipulation pour modifier les machines : deux types de machines sont créés.

A gauche le papier est fixé dans l'axe de la flèche ; à droite, le papier est perpendiculaire à l'axe de la flèche.

Sur le cahier d'expériences, expliquez ce qui se passe lorsque vous posez votre machine devant le ventilateur et pourquoi.

Sophie : le vent a poussé le pique brochette où il y a le papier accroché ; l'autre pique brochette avec la flèche rouge s'est tourné vers le ventilateur parce que le vent a poussé le pique brochette où il y avait le papier.

Ludovic : on a mis du styrodur sur le pique brochette où il y a la flèche. Ca va faire lourd, alors ça va s'arrêter devant le ventilateur et après ça restera.
Après expérimentation, cet élève a reconnu qu'il s'était trompé ; il a modifié sa machine en conséquence en plaçant le morceau de stirodur sur le pique brochette opposé à la flèche rouge. Toutefois, il n'explique pas pourquoi ça fontionne.

Anaïs : l'air pousse le pique brochette où il y a le papier et après il pousse la flèche rouge et ainsi de suite.

Jennifer : La partie légère va vers le ventilateur et la partie lourde va vers le sol.

A ce stade, on remarque que les élèves ne perçoivent pas l'effet du vent sur la machine. Il faut donc proposer une situation où l'effet du vent peut être visible et modulé. En outre il faut proposer une expérimentation pour montrer que la notion de masse n'intervient pas dans le phénomène observé.

Par ailleurs les machines doivent être lestées pour pouvoir supporter le vent dans la cour.

6ème Séance : la prise au vent

Imaginez une machine qui ne se déplace pas lorsqu'on la pose devant le ventilateur. Puis modifiez cette machine pour qu'elle puisse se déplacer rapidement lorsqu'elle est devant le ventilateur

Matériel

pâte à modeler ; balance ; styrodur ; pique-brochette ; paille ; papier

Jennifer dit : la partie légère va vers le ventilateur
Imaginez une expérience pour montrer si l'hypothèse à Jennifer est vérifiée ou non vérifiée

La première consigne n'a pas posé problème : ci-dessous, les machines proposées qui ne se déplacent pas

A force de manipuler la machine de gauche l'élève a constaté qu'elle était déséquilibrée lorsque la feuille se coinçait entre les pique-brochettes. Mais l'élève ne pouvait pas expliquer de déséquilibre

Anaïs dit : si le vent passe en dessous le papier la machine ne bouge pas. Si le vent pousse le papier,ça fait tomber la machine.

un concours de circonstances heureux a fait que les deux machines ci-dessous étaient posées l'une à côté de l'autre face au ventilateur.Celle de gauche indiquait la direction du ventilateur et celle de droite s'est mise à tourner

Maître : pourquoi la machine de droite tourne ?
pourquoi la machine de gauche indique la direction du ventilateur ?

Trecy: la machine à droite bouge parce que le vent pousse les deux piques brochettes; la machine à gauche c'est comme s'il y a un rideau attaché et le vent pousse le papier

Jennifer: la machine de gauche tourne parce que le pique brochette contient de l'équilibre et non pas une partie légère et une partie lourde
La machine de droite ne tourne pas parce qu'on a attaché un bout de papier dans le pique-brochettes pour que la flèche rouge soit légère. La partie de la flèche rouge est légère et la partie de la feuille est lourde

Maître : sur la machine de gauche,que va-t-il se passer si on met de la pâte à modeler sur la flèche rouge ?

hypothèses des élèves :
Jennifer :Je pense que la partie légère c'est à dire le côté avec le papier va aller vers le ventilateur

Piotr :la partie lourde montrera le ventilateur parce que la partie légère va tourner

Maître : nous ne sommes pas d'accord que faut-il faire

élèves : il faut faire l'expérience

Aurélie : ma réponse était fausse parce qu'en faisant l'expérience, j'ai vu que la partie la plus lourde va vers le ventilateur.

7ème Séance : bilan

Pour que la machine fonctionne bien il faut :

- un axe vertical c'est à dire un axe planté en bas dans le sable et en haut dans le bouchon
- pour que la flèche tourne, il faut que l'axe et les pique-brochettes ne se touchent pas
- il faut que les deux bouchons ne soient pas collés

Pourquoi la machine à Arda tombe lorsqu'elle est face au vent ?
Pourquoi la machine ne tombe pas lorqu'elle est de profil ?

élèves	la machine tombe	la machine ne tombe pas
Sophie	parce que le papier résiste	parce que le papier ne résiste pas. Mais il vibre
Kathleen	parce que le papier se pousse	parce que le papier n'est pas en face alors il ne se pouss pas
Piotr	parce que le vent frappe sur le papier	parce que le papier est fin alors le vent ne fait rien
Aurélie	parce que le vent pousse vers le papier	parce que la machine est de profil et le vent ne peut pas atteindre le papier

Séquence N°2 : lamachine en tant qu'instrument de mesure

1ère Séance : premiers essais à l'extérieur

Sur le plan de la cour, repérez les points A B C D 1 et 2 ; posez la machine à ces endroits précis et observez votre machine ; tracez sur le plan une flèche qui indique la direction d'où vient le vent.

Les mesures ont été difficiles à cause du vent instable, de l'orientation difficile du plan, des élèves placés entre la girouette et le vent, du tracé incertain quant à la direction sur le plan.

Malgré ces difficultés la mise en commun au tableau montre que la plupart des flèches indiquent la direction de la cantine.Mais certaines flèches montrent d'autres directions

Le maître : s'il n'y a pas de cantine comment fait-on pour savoir quelle est la direction d'où vient le vent ?
Trecy : on regarde si c'est le nord sud est ouest
Mehdi : on prend une boussole

2ème Séance

Maître : Cette flèche est mal orientée. qu'est-ce qui a pu se passer ?

Modifier la machine à Mehdi pour que la flèche montre le ventilateur. (Cet élève a construit chez lui cette machine et nous l'a rapportée)

L'intéressé a déplacé la flèche rouge sur l'autre extrémité du cure-dents et n'a pu constater que le problème restait le même.

enfin Laurent a réalisé la machine ci-dessous posée à côté de celle de Mehdi.

Sur votre cahier d'expériences, expliquez pourquoi la machine à Mehdi ne fonctionne pas et pourquoi celle à Laurent fonctionne ?

La machine marche parce que le vent pousse le plus grand bout et le petit bout ne peut pas être poussé et il se met face au ventilateur.

Si le grand bout est perpendiculaire au pique-brochettes la machine tombe;
Si on met le papier de profil la machine va tourner et se mettre face au vent

3ème Séance : construction d'une rose des vents simplifiée

Collectivement on a listé au tableau les indications qui figuraient sur la rose : Nord, Sud, Est, Ouest, NE, NO, SO, SE.

Sur une feuille quadrillée d'abord les élèves ont tracé les perpendiculaires relatives aux quatre points cardinaux. En revanche trois élèves seulement ont trouvé une astuce pour placer les points intermédiaires sur les "bissectrices"

Puis les roses ont été décalquées sur des plaques de styrodur pour pouvoir résiste aux intempéries

Piotr : si on se sert de ces roses on ne sera pas où est le nord vrai !

4ème Séance : Commment orienter la rose des vents !

Maître : A quoi sert une boussole ?
Elèves : pour :
- s'aider
- voir d'où vient le vent
- voir où se couche ou où se lève le soleil
- ne pas se perdre
- s'orienter
- savoir où est le Nord, l'Ouest, l'Est et le Sud

Maître : Quand on tourne le boîtier, qu'est-ce qui se passe ?
Elèves :
- Rien
- la flèche rouge va vers le même endroit

Maître : Elle indique toujours le Nord

Maître : Reprenez votre rose des vents et trouvez une astuce pour que le nord de la rose des vents indique le nord vrai comme disait Piotr.

4 groupes sur 6 ont fait coincider le nord de la rose avec la direction indiquée par la pointe rouge de la boussole

On range les boussoles, on ne déplace plus les roses des vents , indiquez dans quelles directions se situent l'armoire, la lampe du tableau, la porte et la fenêtre de gauche

Mise en commun

4 groupes sur 6 ont trouvé des réponses très proches et 2 groupes ont trouvé des résultats très différents
les élèves ont constaté que pour ces deux derniers groupes la flèche rouge de la boussole indiquait le sens opposé à celui indiqué par les autres boussoles

Le maître propose de réfléchir à ce poblème plus tard.

5ème Séance : Le couple rose des vents / girouette

Les élèves sortent dans la cour, munis d'une girouette, d'une rose des vents, d'une boussole pour orienter la rose et d'un cahier d'expériences pour relever les mesures

Par groupe de 3, ils doivent effectuer 4 relevés à des points suffisamment éloignés les uns des autres.

De retour en classe chaque groupe écrit au tableau ses relevés.

On remarque que 6 groupes sur 8 ont relevé le vent au nord-est. Les autres ont relevé le vent au sud-ouest parce qu'ils avaient orienté le nord de la rose vers le sud.
Consigne :
Sur votre cahier d'expériences, expliquez comment vous avez fait pour trouver la direction d'où venait le vent.

Laurent :Il faut orienter la boussole : il faut mettre la boussole au centre de la rose des vents ; puis mettre la flèche rouge de la boussole sur le nord de la rose des vents en faisant tourner la rose des vents.
Aurélie : Il faut poser la rose des vents par terre et poser la boussole sur la rose des vents que l'on tourne jusqu'à ce que l'aiguille rouge de la boussole se pose au nord de la rose des vents.
Kathleen : Après quand on sait où est vraiment le nord, on pose la machine au centre de la rose et elle nous indique où est le vent.

 

6ème Séance : reporter sur un plan la direction du vent

Matériel

- 9 girouettes fonctionnelles
- 9 roses des vents
- 9 boussoles
- 9 plans de la cour sur lesquels figurent 6 points repères

objectifs : réinvestir l’orientation de la rose des vents
reporter sur un plan une direction relevée par un instrument

Organisation : 9 groupes

Consignes :
- Dans la cour, notez sur un cahier d’expériences, d’où vient le vent à chaque point indiqué sur le plan
- Dans la classe, tracez sur le plan, au niveau de chaque point, une flèche qui indique d’où vient le vent.

Sur 9 groupes, 7 groupes ont orienté la rose correctement.
Tous les groupes ont su lire correctement la direction indiquée par la flèche de la girouette

Le maître note au tableau les résultats donnés par l'observation
des girouettes :

Chaque rapporteur de chaque goupe explicite sa démarche :

Sophie : "c'est bizarre la girouette dit toujours c'est sud'ouest !
Célia : "je n'attends rien
Sofiane : "il faut attendre longtemps
Kathleen : le vent ne peut pas être au sud puis tout de suite au nord !

Hormis 2 groupes, tous les autres ont effectués des relevés qui indiquaient très souvent le sud-ouest. En comparant les relevés, les élèves s'aperçoivent qu'au même point les uns trouvent un vent de nord et d'autres un vent du sud. D'où les hypothèses formulées ci-dessous :

- c'est la machine qui fonctionne mal
- c'est la rose des vents qui n'est pas bien faîte
- ce sont des élèves qui étaient trop près de la girouette
- ils n'ont pas attendu 10 secondes pour que la girouette cherche où est le vent
Kathleen :Il faut vérifier les hypothèses en reprenant les mesures au point P2
Moi, j'ai vu que le groupe de Arda avait mal orienté la rose des vents

Le maître distribue un plan sur lequel figure les 6 points où les relevés ont été effectués ; sur ce plan figure aussi une flèche indiquant le nord.
Sur le point b1 tracez une flèche qui indique la direction d'où venait le vent : ce renseignement figure sur le cahier d'expériences utilisé lors des relevés.

Anaïs demande : "on peut prendre la boussole ?
Mélissa demande : "on peut prendre le rose des vents ?

Le maître : "oui"

Catastrophe ! Le maître s'aperçoit trop tard que les boussoles sont déviées par la stucture en fer des tables. Tout le monde dehors dans le hall sur le sol !

Les plans sont affichés au tableau et chaque groupe vient expliquer comment il a procédé pour tracer la flèche
Comment avez-vous tracé la flèche ?

Kathleen : "on a mis le nord de la rose sur le nord de la carte ; puis j'ai vu que le sud-ouest c'était la ligne qui était sur la rose. on a tracé la flèche pareille que la ligne de la "rose".

Seulement 2 groupes ont réussi à reporter correctement la direction du vent sur le point repéré.
Tous ont systématiquement utilisé la boussole et la rose des vents. Aucun élève n'a utilisé que la rose des vents !

Evaluation

Sur la première feuille :
Hormis Sabrina, tous les élèves ont remarqué que l'axe n'était pas vertical sur la girouette n°1, mais seulement 30% ont utilisé le mot vertical.
Tous les élèves ont remarqué que l'axe n'était pas planté dans le sable sur la girouette n°3. Mais trois seulement ont su dire que l'axe devait être fixé en haut et en bas pour bien fonctionner.
Sur la deuxième feuille :
s'agissant de la girouette n°1, tous les élèves ont dessiné une aile sur l'arrière de la flèche derrière l'axe,
s'agissant de la girouette n°2, 90% des élèves ont suggéré d'enlever le grand panneau à l'avant et de le fixer à la place du petit à l'arrière ; un seul élève a écrit d'intervertir les deux panneaux ; trois élèves ont suggéré d'ajouter de la pâte à modeler du côté de la pointe pour que la partie lourde se dirige vers le vent
S'agissant de la girouette n°3, trois élèves ont écrit qu'il fallait ôter un panneau sinon la girouette tournerait sans arrêt.
Un élève a écrit que la girouette pouvait s'arrêter dans n'importe quelle position

Prolongement

Objectif : déterminer quels sont les vents dominants autour de notre école

Les élèves vont réaliser des relevés quotidiens et reporter ces observations sous formes de gommettes collées sur une immense rose des vents affichée sur un mur de l'école. (à suivre.)