Glissades d’eau (photo de jarmoluk via Pixabay)

Mise en contexte

Imaginez un monde sans friction (frottement). Vous ne pourriez pas vous asseoir sur une chaise sans tomber immédiatement du siège. Vous ne pourriez pas tenir debout, car vos pieds n’adhéreraient pas au sol pour maintenir votre corps à la verticale. De même, à vélo, vous pourriez pédaler à grande vitesse sans effort, mais vous n’iriez nulle part, parce que vos roues n’auraient aucune prise sur le sol pour vous faire avancer.

La friction est la force qui s’oppose au mouvement – il le ralentit et il l’arrête. La friction est le résultat d’un contact entre deux objets. Elle se produit quand deux matériaux solides frottent l’un contre l’autre, mais aussi quand des formes différentes de matière se traversent (p. ex., un solide qui passe dans un fluide comme l’air ou l’eau crée une résistance de l’air ou de l’eau).

Dans le cadre de cette enquête, les élèves utilisent les habiletés « prédire » et « planifier un test objectif » pour étudier l’influence de différentes surfaces solides sur le mouvement d’un objet placé sur une rampe. En repérant, analysant et interprétant les régularités dans les données qu’ils collectent, ils découvrent que la friction est une force invisible qui nous aide ou nous freine dans nos actes de la vie quotidienne.

Cette enquête pourrait partir de ce qui suit:

Enfants jouant avec de l’eau et du savon (photo de Letiha via Pixabay)

  • Les élèves comparent l’effet ressenti quand ils se frottent vigoureusement les mains, avec ou sans lubrifiant courant (friction de glissement). Remarque: Avant de réaliser cette activité avec les élèves, vérifiez toute sensibilité aux odeurs et allergie cutanée. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
    • « Que se passe-t-il quand nous frottons nos mains l’une contre l’autre? »
    • « Qu’avez-vous remarqué lorsque vous avez mis de l’huile d’olive (ou une lotion inodore pour les mains) sur vos mains? »
    • « Pour quels travaux, tâches ou activités voudriez-vous que vos mains aient une meilleure prise? Qu’est-ce qui pourrait améliorer leur prise? » (p. ex., afin d’avoir une meilleure prise sur la barre, les gymnastes portent des gants spéciaux ou enduisent leurs mains de craie)

    Route gravillonnée entièrement verglacée (photo de Huw Williams Wikimedia Commons)

  • Montrez aux élèves l’image d’une rue enneigée ou verglacée. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
    • « Pourquoi est-il plus difficile et dangereux de marcher en hiver? »
    • « Qu’est-ce qui peut vous aider à marcher avec plus de facilité et de sécurité? »
    • « En quoi la friction peut-elle être un avantage ou un inconvénient dans des situations comme celles-là? » (p. ex., fart sous les skis, freins d’une voiture ou d’un vélo, semelle de chaussure en caoutchouc, dispositif antidérapant d’un stylo ou d’un crayon)
  • Lisez un livre comme And Everyone Shouted, “Pull!”: A First Look at Forces and Motion de Claire Llewellyn ou Oscar and the Cricket: A Book About Moving and Rolling de Geoff Waring. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
    • « Quels sont les problèmes rencontrés par les personnages de l’histoire? »
    • « Comment les personnages ont-ils résolu leurs problèmes? »
    • « Quel a été le rôle de la friction dans le problème ou dans sa solution? »



Matériel et préparation (Cliquez pour ouvrir)

Matériel suggéré (photo de Parlons sciences)

Materials:

  • Rampe (p. ex., bois, carton, plaque à biscuits, carton plastifié, morceau de gouttière en plastique) – 1 par groupe
  • Assortiment de matériaux ayant différentes textures et surfaces (p. ex., papier abrasif, feuille d’aluminium, tapis, papier, gazon synthétique, terre, linoléum, velours côtelé, flanelle) – 1 par groupe
  • Domino en plastique qui descendra la rampe – 1 par groupex

Préparation:

Exemple de circuit à billes (photo de Parlons sciences)

Quoi faire

Les élèves utilisent les stratégies d’apprentissage du Journal d’enquête ou du Résumé de l’enquête pour développer et mettre en pratique les habiletés « prédire », « planifier » et « analyser et interpréter » des résultats en étudiant les propriétés des matériaux qui influent sur le mouvement d’un objet.

Les élèves:

Exemple de test objectif comparant du papier à bulles, une feuille d’aluminium, du papier et du gazon synthétique (photo de Parlons sciences)

  • comparent et différencient les matériaux disponibles et prédisent l’influence de chacun d’entre eux sur le mouvement.
  • conçoivent et consignent un plan pour mener un test objectif sur la capacité des matériaux à ralentir ou à arrêter un objet en mouvement.
  • consignent leurs observations et comparent les résultats avec leurs prédictions.
  • analysent et interprètent les résultats de leur test objectif afin de tirer des

Évaluation

Observez et consignez, à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos, la capacité des élèves à:

  • Prédire - Les élèves utilisent leurs connaissances antérieures et leurs habiletés de comparaison et de différenciation pour prédire les matériaux et les variables qui sont les plus susceptibles de modifier le mouvement d’un objet.
  • Planifier aux fins de la mise en place d’un test objectif – Les élèves conçoivent un plan et réalisent un essai contrôlé ou un test objectif dans lequel ils maintiennent des constantes (p. ex., inclinaison de la rampe, type d’objet qui fera la descente, point de départ sur la rampe), utilisent une variable dépendante (p. ex., matériaux de surface de la rampe) et traitent les données (p. ex., utilisation d’un tableau pour consigner leurs observations).
  • Analyser et interpréter - Les élèves cherchent des régularités dans les résultats et essaient d’expliquer celles qu’ils ont observées.

Co-construction des connaissances

Les élèves:
parler, faire et représenter

Les éducateurs:
interagir en répondant et en questionnant

Les élèves utilisent leurs sens pour comparer et différencier les matériaux mis à leur disposition.

  • « Qu’observez-vous à propos de ces matériaux? »
  • « Quels sens sont les plus utiles pour comparer ces matériaux? »
  • « Comment décririez-vous ce matériau? »

Les élèves prédisent quels matériaux modifieront le mouvement.

  • « Selon vous, quelles caractéristiques des matériaux auront une influence sur la manière dont le domino va descendre la rampe? »;
  • « Selon vous, comment les matériaux modifieront-ils le mouvement du domino? »

Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et consigner un plan visant à réaliser un test objectif permettant de comparer la manière dont les matériaux influent sur le mouvement d’un objet descendant la rampe.

  • « Que comptez-vous faire pour être sûrs que votre test est objectif pour chaque type de matériaux? »
  • « Pourquoi est-il important que le test soit objectif? »
  • « Comment allez-vous consigner le plan de votre enquête? »
  • « Comment allez-vous faire pour rendre votre plan clair et permettre ainsi à d’autres personnes de l’utiliser? »

Les élèves consignent leurs observations et comparent les résultats avec leurs prédictions.

  • « Comment décririez-vous vos observations avec des mots? »
  • « Quelles observations pouvez-vous mesurer? »
  • « Comment allez-vous consigner vos observations? »
  • « Comment se situent les résultats de vos tests par rapport à vos prédictions? »

Les élèves analysent et interprètent les résultats du test objectif sur les propriétés des matériaux et la friction.

  • « En quoi chaque surface a-t-elle influé sur le mouvement de l’objet? »
  • « Comment décririez-vous les matériaux qui ont ralenti le mouvement de l’objet? »
  • « Comment différents objets se déplaceraient-ils sur chacune de ces surfaces? »
  • « Quels liens pouvez-vous faire entre les résultats que vous avez obtenus et des situations de la vie réelle? »
  • « Quels tests complémentaires pourriez-vous réaliser afin d’en apprendre plus sur la friction? »

Pieds d’une coureuse positionnée dans des blocs de départ (photo de tableatny via Wikimedia)

Liens interdisciplinaires

Littératie

  • Utiliser des habiletés de planification (p. ex., générer des idées, collecter et organiser de l’information).
  • Faire des liens (p. ex., entre les connaissances antérieures sur les matériaux et le nouveau contexte).
  • Reconnaître et utiliser des régularités structurelles dans les textes (p. ex., mettre dans l’ordre les étapes d’un test objectif).

Pensée mathématique

Garçon dans une soucoupe glissante (photo de MarkThomas via Pixabay)

  • Mesurer et décrire l’écoulement du temps (p. ex., le nombre de secondes qu’il faut à un objet pour descendre la rampe) et les dimensions (p. ex., la hauteur en centimètres de la rampe ou des rampes afin d’obtenir un test objectif).

Éducation physique/h4>
  • Développer sa conscience de l’effort fourni et la mettre en pratique (p. ex., étudier les incidences de la friction sur les mouvements du corps dans le cadre de différentes activités sportives comme courir ou jouer à un jeu sur différentes surfaces; trouver des exemples où la friction intervient dans le cadre de jeux et d’activités).
  • Se sensibiliser aux avantages des innovations technologiques sur le plan de la sécurité personnelle, de la prévention des blessures et de la performance

    Les patins clap augmentent la friction parce que la lame reste plus longtemps en contact avec la glace à chaque poussée (photo de Max Dohle via Wikimedia)

    • (p. ex., comparer les innovations en matière de matériaux et de techniques qui réduisent ou augmentent l friction dans les équipements sportifs ou les vêtements de sport, comme les rubans pour raquettes, les crampons de chaussure, le fart, les skis sans fart, les freins de patin à roulettes, les semelles antidérapantes et les semelles de glisse au curling, les balais de curling, les patins clap pour le patinage de vitesse, les maillots de bain FastskinMD, les combinaisons intégrales de natation, les combinaisons de luge et de patinage de vitesse).

Musique

  • Créer des compositions pour un public spécifique et dans un objectif précis (p. ex., créer une ambiance sonore de friction en utilisant différentes techniques et surfaces dans la classe, comme frotter ses mains sur différentes surfaces texturées ou frotter deux objets l’un contre l’autre pour produire des sons).

Enrichissement

  • En quoi la longueur de la rampe influe-t-elle sur le mouvement de l’objet? Réalisez un test objectif en utilisant des rampes de longueurs différentes avec le même assortiment de surfaces (p. ex., bois, tapis, gazon, ciment, boue) afin d’établir l’influence de la longueur sur le mouvement de l’objet.
  • En quoi le poids d’un objet influe-t-il sur son mouvement? Réalisez un test objectif en utilisant des objets de poids différents (p. ex., grosse bille, petite bille, petites voitures de diverses dimensions, etc.) avec la même configuration et les mêmes surfaces afin d’établir l’influence du poids sur le mouvement de l’objet.
  • En quoi la hauteur de la rampe influe-t-elle sur le mouvement de l’objet? Réalisez un test objectif en utilisant des rampes de hauteurs et d’inclinaisons différentes avec la même configuration et les mêmes surfaces.

Grosse excavatrice débarquant d’un navire (photo de l’U.S. Navy par Paul Farley via Wikimedia Commons)

Immense glissade d’eau (photo de paulbr75 via Pixabay)