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Publié : 31 mars 2011
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Leviers et balances au cycle 2

Par C.Guillot, école de St Cergues

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Hypothèses faites par les enfants

Au milieu de la baguette, parce que si on veut mettre une règle en équilibre sur son doigt, on utilise son milieu.
ça dépend des objets : la baguette, c’est comme une balance, elle penche du côté où c’est le plus lourd.
On place le fil plus près de l’objet qui est le plus « gros ».

Expériences proposées par les enfants

Réaliser le mobile

Changer les objets fixés à la baguette : en mettre des plus ou moins lourds et voir si cela change quelque chose sur la position du point d’équilibre.
Faire des essais d’équilibre avec des règles ou des crayons et noter le point d’équilibre.

Expériences réalisées en classe

1. Les mobiles

Matériel :
Baguettes en bois
Fil
Objets à pendre pour réaliser le mobile

Observation :

Le travail se fait individuellement, chaque enfant teste son hypothèse. Il leur faut d’abord suspendre les objets à chaque extrémités de la baguette. Avant d’attacher le fil, ils essaient tout d’abord de réaliser l’équilibre en posant la baguette sur leur doigt. Quelques difficultés apparaissent à cause de nœuds mal serrés et qui glissent. Les enfants trouvent rapidement le point d’équilibre et le marquent au feutre puis font une petite encoche dans la baguette à cet endroit afin que le nœud reste fixe.

2. Les équilibres avec la règle

Situation problème

A partir de quel endroit la règle va tomber si on la place au bord de la table ?

Matériel :

Règles , crayons…

Observation :

Les enfants marquent sur l’objet avec un feutre pour tableau blanc l’endroit à partir duquel celui-ci va tomber lorsqu’il est au bord de la table. Puis ils cherchent la position du milieu de l’objet en reportant la longueur de la règle sur une bande de papier qu’ils plient en deux. Ils placent ensuite le papier plié sur la règle et marquent ainsi son milieu. Nouvelle consigne : Que se passe t-il si l’on place une gomme sur l’une des extrémités de la règle ? La totalité des enfants devine que le point d’équilibre sera différent mais ils ont du mal à dire de quel côté il sera décalé. Après avoir trouvé la réponse, des enfants s’amusent à placer une autre gomme sur l’autre extrémité pour retrouver le point d’équilibre initial. Tous leurs résultats sont notés dans le cahier sous la forme de dessins qui ont d’ailleurs du mal à être suffisamment précis (ils sont mêmes parfois faux, le milieu étant mal placé).

Conclusion

Le point d’équilibre d’un objet n’est pas tout le temps au milieu de celui-ci.

3. Mettre une trousse en équilibre

Situation problème

Comment mettre une trousse en équilibre sur le bord d’une table si plus de sa moitié est dans le vide ?
Matériel

Trousse, crayons, gommes…

Observation

Les enfants essaient avec leur trousse qui est alors remplie de façon assez homogène, mais cela ne marche pas. Un d’entre eux pose alors un livre sur le côté de la trousse qui n’est pas dans le vide, mais ce n’est toujours pas en équilibre car le livre est trop lourd. Un autre vide sa trousse et place sa gomme dans l’une des extrémités de la trousse et, voyant que la trousse hésite encore avant de basculer, rajoute encore une autre gomme : ça marche.

Conclusion On peut déplacer le point d’équilibre d’un objet en modifiant la répartition de son poids.

4. Réaliser une balance avec un jeu de construction

Matériel :

Légos techniques

Observation :

Les équilibres sont parfois un peu faussés à cause des frottements. La situation peut évoluer vers la construction d’une grue en rallongeant l’un des bras de la balance. Que faut-il faire alors pour que la balance reste en équilibre ? Les enfants rajoutent des légos sur les bras de la balance et s’aperçoivent que l’on est obligé de compenser le bras le plus court par plus de poids. Mais il est difficile, là aussi de trouver le bon poids à rajouter afin que l’équilibre soit parfait.

5. Equilibres avec son corps

Situations problèmes

Si on lève une jambe, de quel côté faudra t-il se pencher pour rester en équilibre ? Et si on se balance sur sa chaise ?

Observation

Les enfants trouvent plus rapidement la solution pour la chaise que pour la jambe levée.

Conclusion

Pour rester en équilibre, on est obligé de se pencher du côté opposé à celui qui créé le déséquilibre.

6. Ouvrir une porte

Situation problème

Pourquoi a t-on placé la poignée de la porte au bord et non pas au milieu ou vers les gonds ?

Observation

Apparemment aucun d’entre eux ne s’était posé la question. Et beaucoup d’entre eux disent que c’est comme ça et puis c’est tout. Quand on leur demande à quel endroit de la porte il est plus facile de fermer par une simple poussée du doigt certains disent que c’est près des gonds car c’est là que ça tourne. Ils vont tous tester leurs suppositions sur les portes de l’école et en déduisent rapidement que plus on est près de l’axe de rotation plus c’est dur de fermer la porte.

Conclusion

Plus on pousse loin des gonds de la porte plus c’est facile.

7. Soulever un poids situé à l’extrémité d’une règle de 1 m

Situation problème

Pour soulever le poids le plus facilement possible, faut-il appuyer près de l’endroit où la règle tourne ou est-ce le contraire ?

Observation

Des enfants pensent que c’est la même chose que la porte et ils ont bien raison. Chacun d’entre eux vient tester, en appuyant sur la règle avec un doigt, pour mieux sentir la différence de force appliquée.

Conclusion

Plus on pousse loin de l’axe de rotation plus c’est facile de soulever le poids.

Remarques et conclusion

La réalisation de la balance avec des légos à partir d’une fiche technique pose des problèmes à quelques enfants : ils ne savent pas lire les schémas de construction et ont du mal à différencier certaines pièces.

Bibliographie

La fiche connaissance « Leviers et balances » fournie par la main à la pâte.