Document d'application N° 25
Direction de l’enseignement scolaire – www.eduscol.education.fr
Nouveaux programmes de l’école primaire – Sciences expérimentales et technologie
Documents d’application – Les fiches – Projet
Fiche 25
Transmission de mouvements
1. Programme
-- Cycle 2. Découverte des objets.
-- Cycle 3. Objets mécaniques ; transmission de mouvements.
2. Difficultés provenant des liens avec le vocabulaire courant
Voir F21, en particulier à propos de l'emploi du terme "force".
3. Difficultés provenant des idées préalables des élèves
Rien de particulier n'est à signaler dans ce domaine. Au contraire, les élèves ont plutôt de bonnes aptitudes à comprendre les mécanismes : cela correspond à leur forme de pensée fondée sur des relations de cause à effet.
4. Quelques écueils à éviter lors des observations et manipulations
Les mécanismes n'ont pas à être étudiés pour eux-mêmes. Leur utilité doit être justifiée par leur emploi dans des dispositifs réels.
Il est indispensable d'opérer avec du bon matériel ou de bons matériaux. Le choix des dispositifs à construire doit donc dépendre des ressources de l'école.
L'étude quantitative des engrenages (proportionnalité inverse entre le nombre de tours d'une roue dentée et son nombre de dents) n'est pas au programme de l'école. D'éventuels prolongements de cet ordre ne doivent pas occulter l'intérêt qualitatif du dispositif.
5. Connaissances
La liste indicative ci-dessous est destinée à aider les enseignants à repérer l'utilité des mécanismes les plus habituels.
| Mécanisme | Fonction | Exemples d'utilisation |
| Poulie simple | Transmettre un mouvement de translation de manière à modifier la direction de l'effort à exercer sans en modifier l'intensité. En somme, l'utilité d'une poulie réside dans ce qu'elle permet à l'ouvrier de travailler dans une position plus confortable. |
Dispositifs de levage, grues. |
| Engrenages (deux roues dentées entraînées l'une par l'autre) ; transmission par chaîne. | Transmettre et transformer des mouvements de rotation de manière à la modifier l’effort à appliquer et la vitesse de rotation (de façon indissociable, V. 6). |
Perceuse, changement de vitesse (bicyclette), essoreuse à salade, grue… |
| Système bielle-manivelle. | Transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation alternatif (va et vient). Réciproquement, transformer un mouvement de translation alternatif en un mouvement de rotation. |
Scie sauteuse, machine à coudre ... Piston de moteur ... |
| Système pignon-crémaillère | Transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation. |
Funiculaire, train à crémaillère ; porte d'écluse ; loupe binoculaire, microscope ... |
6. Pour en savoir plus
Dans le cas des systèmes en rotation, la grandeur physique qui rend compte
de ce qu'intuitivement on appelle "l'effort" est le couple exercé
(plus précisément, le moment de ce couple). Il représente
en quelque sorte "l'effort pour produire la rotation". Rien
n'oblige les enseignants à maîtriser ces distinctions et, bien
entendu, il est déraisonnable d'essayer de les faire percevoir aux élèves.
Tous les dispositifs de transmission du mouvement transmettent aussi de l'énergie.
Dans le cas idéal où les frottements sont considérés
comme négligeables, l'énergie mécanique disponible à
la sortie est égale à celle qui est fournie à l'entrée
; dans les cas réels, elle est toujours un peu inférieure, une
partie de l’énergie étant dissipée par frottement
avec production de chaleur.
Si l'énergie se conserve, il n'en va pas de même des différentes
composantes de la situation physique (effort exercé, vitesse de rotation).
Par exemple, dans le cas des engrenages, deux cas peuvent se produire.
En entraînant le petit pignon (placé en "sortie") par
un gros pignon (en "entrée"), on augmente la vitesse de rotation
alors qu'on réduit le couple.
Réciproquement, un petit pignon en "entrée" et un gros
pignon en "sortie" conduit à une augmentation du couple mais
à une diminution de la vitesse de rotation. Il est facile de montrer
cela à partir de la construction du système de levage d'une grue.
Pour augmenter la charge pouvant être soulevée, il convient de
réduire au maximum le pignon d'entrée et d'augmenter celui de
sortie. Ce faisant, on réduit la vitesse de levage. Il est fondamentalement
impossible de gagner sur les deux tableaux.
7.
Réinvestissements, notions liées
Leviers, énergie.