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4e ANNÉE | STRUCTURES ET MÉCANISMES LES POULIES ET LES ENGRENAGES
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SURVOL Ce sujet permet aux élèves d’approfondir leur compréhension des machines simples en examinant deux types de roues, soit les poulies et les engrenages. Ainsi, ils apprendront que les poulies et les engrenages modifient la force requise ainsi que la vitesse et la direction des objets en mouvement. Ils détermineront comment les poulies et les engrenages sont utilisés pour améliorer la vie de tous les jours, ils seront sensibilisés au concept du gain mécanique et ils seront amenés à appliquer leurs nouvelles connaissances en concevant leurs propres designs. Lorsqu’ils conçoivent, construisent et testent des dispositifs employant des poulies et des engrenages, il est essentiel que les élèves reconnaissent et réalisent l’importance de pratiques sécuritaires pour leur propre bien-être et pour celui des autres. Ils doivent, par exemple, reconnaître l’importance de bien fixer les poulies et les engrenages avant d’y appliquer une charge, d’attacher les cheveux longs et d’enlever les bijoux pendants.
LE CURRICULUM DE L’ONTARIO, DE LA 1re À LA 8e ANNÉE | Sciences et technologie
Ce sujet offre aussi l’occasion d’établir un lien avec le sujet traité en Études sociales en 4e année ayant pour titre « Civilisations anciennes et médiévales » du domaine d’étude « Le patrimoine et la citoyenneté canadienne ». Ainsi, les élèves réaliseront que les machines simples existent depuis très longtemps et ils pourront aussi comparer les diverses formes d’énergie qui alimentent les machines d’aujourd’hui et d’autrefois.
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Sujet à l’étude
Concepts fondamentaux
Les poulies et les engrenages
Systèmes et interactions Énergie
Idées maîtresses
A. Les poulies et les engrenages modifient la vitesse et la direction des corps en mouvement ainsi que la force exercée sur eux.
B. Les poulies et les engrenages permettent de modifier la force à appliquer mais ne changent pas la quantité de travail nécessaire pour effectuer la même tâche.
C. Les engrenages sont des mécanismes de roues dentées qui transmettent un mouvement rotatif et qu’on retrouve dans des dispositifs courants.
ATTENTES À la fin de la 4e année, l’élève doit pouvoir : démontrer sa compréhension des systèmes de poulies et des systèmes d’engrenages. (Idées maîtresses A, B et C) explorer les façons dont les poulies et les engrenages changent la vitesse, la direction et la force exercée sur les corps en mouvement. (Idées maîtresses A et B) évaluer l’impact des poulies et des engrenages sur la société. (Idées maîtresses B et C)
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CONTENUS D’APPRENTISSAGE Pour satisfaire aux attentes, l’élève doit pouvoir :
Compréhension des concepts
décrire de quelle façon, dans une même structure, le mouvement rotatif d’un système ou de ses composantes est transféré en un mouvement rotatif dans un autre système ou ses composantes (p. ex., dans un système de plusieurs engrenages ou un système utilisant des poulies de différentes tailles). décrire comment un type de mouvement peut être transformé en un autre type de mouvement par l’utilisation de poulies ou d’engrenages (p. ex., mouvement rotatif en mouvement linéaire dans une crémaillère ou dans un système de pignons, mouvement rotatif en mouvement alternatif dans une pendule). décrire comment certains engrenages fonctionnent dans un plan (p. ex., roue à denture droite) tandis que d’autres fonctionnent dans deux plans (p. ex., engrenage à vis sans fin, roue conique, roue plate). distinguer les systèmes de poulies et d’engrenages qui augmentent la force de ceux qui augmentent la vitesse. nommer des dispositifs et des systèmes utilisés au quotidien qui comportent des poulies (p. ex., corde à linge, mât de drapeau, grue, machinerie agricole) ou des engrenages ou les deux (p. ex., bicyclette, perceuse à main, montre à remontoir, horloge de parquet, ouvreboîte), décrire leur utilité et expliquer leur fonctionnement.
utiliser la démarche expérimentale pour examiner l’effet d’un changement dans la force, la vitesse et/ou la direction dans un système de poulies et d’engrenages (p. ex., le remplacement d’une roue dentée par une plus petite modifie la vitesse du mécanisme; en augmentant le nombre de poulies dans un système, la force nécessaire pour soulever la charge est réduite). Questions pour alimenter la discussion : Que se passe-t-il quand le nombre de poulies dans un système est augmenté? est réduit? Comment la force requise pour soulever une charge change-t-elle lorsqu’on modifie le nombre de poulies? Que se passe-t-il quand la taille d’une roue dans un système d’engrenages est modifiée? Quel système d’engrenages faut-il utiliser pour changer la direction d’un mouvement? utiliser le processus de résolution de problèmes technologiques pour concevoir, construire et tester un système de poulies ou d’engrenages qui effectue une tâche particulière (p. ex., mât porte-drapeau, panneau publicitaire mobile, élévateur utilisé dans un hangar agricole). utiliser les termes justes pour décrire ses activités de recherche, d’expérimentation, d’exploration et d’observation (p. ex., poulie, engrenage, direction, mouvement, vitesse, force, palan). communiquer oralement et par écrit en se servant d’aides visuelles dans le but d’expliquer les méthodes utilisées et les résultats obtenus lors de ses recherches, ses expérimentations, ses explorations ou ses observations (p. ex., décrire les étapes de construction d’un système de poulies).
STRUCTURES ET MÉCANISMES
expliquer le fonctionnement du système d’engrenages d’une bicyclette (p. ex., la grande roue dentée du pédalier [plateau] et la petite roue dentée [pignon] de la roue arrière permettent de faire avancer la bicyclette).
suivre les consignes de sécurité et utiliser de manière appropriée et sécuritaire l’équipement et les matériaux qui sont mis à sa disposition (p. ex., perceuse à main, scie et pistolet à colle).
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décrire le fonctionnement et la fonction des systèmes de poulies et des systèmes d’engrenages (p. ex., ils facilitent les changements de direction, de vitesse et de force).
Acquisition d’habiletés en recherche scientifique, en conception et en communication
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Rapprochement entre les sciences, la technologie, la société et l’environnement évaluer l’impact des systèmes de poulies et d’engrenages dans son quotidien, incluant les endroits où on les retrouve et les façons dont ils permettent de répondre aux besoins des humains. examiner comment l’usage de poulies et d’engrenages a grandement amélioré notre qualité de vie en comparant les diverses utilisations de poulies et d’engrenages au Canada à celles dans un pays en développement. Pistes de réflexion : Un pays en développement comme le Soudan utilise souvent le travail manuel pour creuser des puits tandis qu’une pelle mécanique est couramment utilisée au Canada.
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Plusieurs endroits dans le monde n’ont pas d’ascenseurs ce qui posent une difficulté pour les personnes handicapées.
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