Etape 2 : Définition et validation du protocole de conception du véhicule

1. Concevoir des engrenages ralentissant la vitesse d’un mini-moteur électrique

Objectifs :  Comment ralentir un moteur avec des roues dentées ?  

                    Quelle taille de roue motrice pour ralentir le mécanisme ?

Etude de la variation de vitesse par un système d’engrenages :

                   a)   Présentation du matériel pédagogique : collection Celda

3 types de roues dentées :                                           des axes                des supports de roues

• les petites (rouges) : 20 dents
• les moyennes (bleues) : 40 dents
• les grandes (jaunes) : 60 dents

             b)   Roue motrice ou roue tractée ?                                                                Qu’observe-t-on selon la taille de la roue motrice ?

Observations :

• Quand une grande roue entraîne une petite, la vitesse de rotation de la petite roue accélère.
• Quand une petite roue entraîne une grande, la vitesse de rotation de la grande roue ralentit.

Remarque : « La roue jaune tourne encore trop vite. »

      c)   Comment ralentir davantage ?

Hypothèse : rajouter une 3ème roue.

Lorsque la roue motrice bleue fait 1 tour, la dernière fait 1 tour aussi.
Conclusion : Quand la roue motrice et la dernière sont de taille identique, la vitesse reste la même.

Lorsque la roue bleue fait 1 tour, la dernière avance de 2:3 de tour ou de 40 dents sur 60.

Lorsque la roue rouge fait 1 tour, la bleue fait la moitié d'un tour et la jaune avance de 20 dents sur 60.

 Conclusion : Après plusieurs configurations dont on n’a ici représenté que 3 montages représentatifs, il sera convenu que le montage 3 ralentisse le mieux : « Pour ralentir le plus, il faut choisir une petite roue motrice avec en dernière position une grosse roue tractée. »

Remarque : « La roue jaune tourne toujours trop vite. »

     d)   Comment ralentir davantage encore ?

Hypothèse : rajouter plusieurs roues.

Limites de la démarche :

–      Des frottements dus à un matériel trop limité en quantité bloquent les systèmes et limitent l’évaluation des protocoles engagés

–      Les élèves se sont lancés dans une surenchère du nombre de pignons utilisés sans tenir compte du principe préalablement découvert : ils ont occulté la priorité à accorder à la petite roue comme roue motrice pour ralentir les suivantes.

Nous stopperons là les investigations pour nous consacrer au montage du véhicule solaire et voir la nécessité ou pas d’y ralentir le moteur.

  2.Prendre connaissance et s’approprier le cahier des charges de la voiture solaire :

              a)   Lecture compréhension :

              b)   Etude et présentation du kit solaire :

Qu’est-ce que le ‘’condensateur’’ ? A quoi peut-il servir?

               c)   Modélisation d’un prototype avec le matériel pédagogique :

Objectif :  se familiariser avec le montage, le vocabulaire technique et disposer d’un modèle de construction s’apparentant au cahier des charges

3. Lancer la réflexion auprès des élèves sur les pistes de construction du véhicule après lecture du cahier des charges :

 a)    Quels matériaux pour

•  respecter le cahier des charges ?
•  être original ?
•  gagner en vitesse ?
•  avoir de l’adhérence ?
•  avoir une voiture écologique et économique ?

Idées émises pour

le chassis :                                                       les roues :                                                   les axes :

– plaque d’aluminium                           – bouchons de compote à boire                 – baguettes chinoises

– tubes PVC d’arrosage collés           – bouchons de bouteille de vin                   – brochettes

– carton (classeur, calendrier)          – bouchons de bouteille d’eau                     – élastiques

– planche de bois                                     – bouchons de bouteille de lait

– vieille ardoise plastique

– polystyrène                                                les supports de roue :

– brique de lait                                             – carton

– boîte à œufs                                                – fil de fer

– boîte à chaussures                                   – plaque de métal perforée

– barquettes polystyrène

              b)   Quel décor, quel ‘’carénage ’’ au regard du nom  de ‘’Gandalou’’  donné                        aux véhicules en honneur à notre quartier castelsarrasinois ?

Pour jouer sur la sonorité du nom ‘’Gandalou’’  en faisant un clin d’œil aux contes fabuleux que nous travaillons en littérature, nous opterons pour un véhicule caréné à l’effigie du Grand Méchant Loup et un autre caréné à l’effigie du Petit Chaperon Rouge.

c)   Collecte des matériaux

Pour le véhicule du Petit Chaperon Rouge

• 3 Roues : bouchons de lait dans rouleau de scotch vide, perles de bois (restes d’1 jeu)
• Décor : tête de poupée issue d’un jeu, bouchon de liège pour son corps, tissu,feutrine et canson pour l’habillage du Chaperon et de la voiture.
• Chassis : boîte à chaussures
• Circuit électrique: mini moteur, condensateur, cellule solaire, dominos démontés, interrupteur pédagogique, fils à pinces crocodile…
• Axes de roues : pailles+ brochettes 
• Collier de serrage pour le moteur

Pour le véhicule du Grand Méchant Loup

• 4 Roues : roues de bois (restes d’un kit pédagogique), perles de bois (restes d’1 jeu)
• Chassis : plaque de contreplaqué
• Décor: feutrine et canson pour la tête du loup, bouchons de lait pour les yeux, canson pour l’habillage du chassis.
• Circuit électrique: mini moteur, condensateur, cellule solaire, dominos démontés, interrupteur pédagogique, fils à pinces crocodile…
• Axes de roues : pailles+ brochettes
• Support de roue: boîte en carton découpée aux angles droits (équerres)
• Collier de serrage pour le moteur

La classe se constituant de 2 niveaux (10 Ce2 et 10 Cm2), les recherches et expérimentations exposées jusqu’ici auront été menées par binômes (1 Ce2 pour 1 Cm2) afin de susciter des situations d’émulation pour les plus jeunes et de tutorat pour les aînés.

Dans la confection du projet final, 2 groupes  équilibrés de 10 enfants ( 5 Ce2+5Cm2) se pencheront respectivement sur les 2 véhicules. Au sein de chaque groupe, les Cm2 auront principalement la charge du volet technique tandis que les Ce2 auront la responsabilité du carénage décoratif et de la mise en forme de l’affiche synthétisant le protocole.