La stabilité des structures

Durée de travail estimée

Prérequis

Avoir complété les activités en lien avec Qu’est-ce qu’une structure?, La solidité des matériaux et Les triangles et les structures.

Attente(s)

A1. utiliser une démarche de recherche, une démarche expérimentale et un processus de design en ingénierie pour effectuer des recherches et des expériences ainsi que pour résoudre des problèmes, tout en respectant les consignes de santé et de sécurité.

D2. démontrer sa compréhension des concepts de solidité et de stabilité pour des structures de diverses formes et fonctions, ainsi que des facteurs qui influent sur la solidité et la stabilité de ces structures

Contenu(s) d’apprentissage

Déroulement et directives

Mise en situation :

1- Dans le but de susciter la discussion sur la stabilité, placer sur une table différentes structures de petite taille. Certaines structures seront en équilibre et, à la moindre vibration, elles tomberont. D’autres structures seront stables et resteront dans leur position malgré les vibrations. Demander à l’élève d’observer les objets. Faire bouger légèrement la table volontairement afin que des structures tombent et que d’autres restent en place.
Poser les questions suivantes :
-Pourquoi certaines structures tombent-elles?
-Pourquoi certaines structures restent-elles debout?
-Quelles sont les structures qui sont en équilibre?
-Quels seraient des exemples de choses ou de personnes en équilibre?

Expliquer à l’élève qu’une structure est en équilibre lorsqu’elle garde sa position et qu’elle ne tombe pas. Cependant, les effets d’une force (poussée ou traction) pourraient faire en sorte qu’une structure en position d’équilibre s’écroule.

Exploration :

2- Demander à l’élève de se tenir debout sur une jambe et d’expliquer la raison pour laquelle elle ou il est en équilibre. (Elle ou il garde sa position et ne tombe pas. Toutefois, cette position est précaire, car si quelqu’un passait et la ou le frôlait, elle ou il reviendrait rapidement sur ses deux jambes).

-D’après toi, es-tu stable? Expliquer le mot stable à l’élève.

Commencer la lecture du texte sur l’affiche Stabilité et solidité où l’activité suivante est proposée : Peux-tu déterminer si le corps de la personne est dans une position stable ou instable (en équilibre)?

Discuter avec l’élève de chacune des images.

-Image des joueurs de football qui sont en position écartée avec les mains au sol : Stable, car la base, formée des pieds et des mains, est large et que le corps des joueurs est près du sol.
-Image des personnes qui font du yoga : Stable, car la base, formée des pieds et des mains, est large et que le corps des personnes est près du sol.
-Image des deux joueurs de football qui se poussent : Instable, car la base n’est pas large.
-Image de la personne qui est sur une jambe : Instable, car la base n’est pas large.

3- Afin d’approfondir la notion de stabilité, inviter l’élève à faire l’activité interactive sur la stabilité.

Suite à cette activité, poser les questions suivantes à l’élève :
-Quel a été l’effet de la force de poussée sur la tour?
-Quelle tour était la plus stable? Pourquoi?
-Pourquoi est-il important que les structures soient stables? (Elles peuvent remplir leur fonction.)

4- Proposer à l’élève d’aller à l’extérieur dans le but de lui faire prendre diverses positions (se tenir sur une jambe, ouvrir les bras, s’accroupir, se tenir les jambes écartées, se pencher vers l’avant, etc.) et de lui permettre de déterminer celle qui est la plus stable. S’assurer que l’élève comprend la différence entre équilibre et stabilité.

Demander à l’élève de dessiner, une activité de son quotidien pendant laquelle elle ou il adopte une position stable et une autre pendant laquelle elle ou il adopte une position instable.

5- Faire visionner le diaporama Une position stable. Celui-ci montre des athlètes prenant diverses positions en vue de déterminer la position la plus stable.

6- Lire la section La stabilité des structures des parcs aquatiques du texte en fichier joint Calypso, le parc aquatique.

7- Inviter l’élève à observer cette image de structures de jeux. Poser la question suivante : Que ferais-tu pour en améliorer la stabilité et la solidité?

 8- Mentionner à l’élève qu’elle ou il va expérimenter sur la stabilité. Expliquer aux élèves que le but de l’expérience est de construire une structure stable en utilisant des rouleaux de papier hygiénique et une feuille de carton. Expliquer la marche à suivre de l’expérience, en fichier joint, Une structure stable. Guider l’élève tout au long de l’expérience.

Lorsque l’élève a terminé, poser les questions suivantes :
-Combien de rouleaux de papier hygiénique contient la structure la plus stable?
-L’emplacement des rouleaux était-il important? Explique.
-Qu’est-ce qui permet à une structure d’être stable? (Élargir la base, rendre la base plus pesante, réduire la hauteur de la structure.)

9– Expliquer l’activité Les mots solides et stables en fichier joint et demander à l’élève de classer les termes selon qu’ils fournissent de la stabilité ou de la solidité aux structures.

Voici le corrigé :

Solidité : Construction en couches, type de matériaux, utilisation d’attaches, ajout d’entretoises, ajout de traverses, pliage d’un matériau.
Stabilité : Base large, base près du sol.
Amener l’élève à comprendre que, lorsqu’on solidifie une structure, on contribue à augmenter sa stabilité bien que l’objectif soit d’en augmenter la solidité.

Faire compléter la phrase à la fin de l’activité pour expliquer ceci : Lorsque je rends une structure plus solide, je la rends aussi plus stable.

10- Mentionner à l’élève qu’elle ou il va inventer et fabriquer la structure de jeux dont elle ou il a toujours rêvé.

Revoir les notions vues en posant des questions comme celles-ci :
-Quelle est la fonction d’une structure de jeux?
-Pourquoi une structure de jeux doit-elle être solide et stable? (Pour remplir sa fonction et éviter les effets des forces.)
-Quelles sont les différentes forces qui peuvent agir sur une structure de jeux? (Les personnes qui sont sur la structure exercent une poussée ou une traction. Les forces de la nature, comme la neige, le vent et la pluie, exercent aussi des forces sur la structure.)
-Etc.

Guider l’élève afin qu’elle ou il développe les habiletés nécessaires pour suivre le processus de résolution de problèmes technologiques.

Encourager l’utilisation de matériel recyclable pour la fabrication de la structure de jeux.

Lorsque l’élève a terminé, suggérer de présenter sa structure de jeux aux membres de sa famille et d’expliquer les raisons pour lesquelles la structure est solide et stable.

Activité(s) d’apprentissage

1- Discuter au sujet de structures stables et instables.
2- Observer des images et déterminer si la position est stable ou non.
3- Compléter l’activité interactive sur la stabilité.
4- Expérimenter diverses positions avec son corps et dessiner deux activités où elle ou il est stable et instable.
5- Visionner le diaporama Une position stable.
6- Lire La stabilité des structures des parcs aquatiques du texte Calypso, le parc aquatique.
7- Proposer des pistes de solutions pour rendre une structure de jeux stable et solide.
8- Expérimenter sur la stabilité.
9- Compléter l’activité Les mots solides et stables.
10- Inventer et fabriquer la structure de jeux dont elle ou il a toujours rêvé.

Matériel

• Matériel recyclable