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1 Dossier pédagogique ©La Fonderie A fond les manivelles! La transmission du mo

1 Dossier pédagogique ©La Fonderie A fond les manivelles! La transmission du mouvement dans tous ses mécanismes 2 INTRODUCTION Le CNHS est une asbl fondée en 1958 ayant pour objectifs la promotion et la diffusion de l’histoire des sciences en Belgique. Dans le cadre scolaire, nous organisons des activités éducatives autour de thèmes précis alliant histoire et sciences. En collaboration avec le Musée de La Fonderie, nous organisons une animation autour de la collection des machines industrielles. Le présent dossier développe un des aspects de cette visite : les mécanismes et la transmission du mouvement. Ce dossier devrait permettre aux enseignants de préparer la visite et de prolonger l’animation en classe. Les objectifs de la visite :  Découvrir, à partir d'objets familiers, les mouvements de rotation et de translation  Distinguer, dans un objet technique, les mouvements d'entrée et de sortie (rotation ou translation)  Découvrir des mécanismes de transmission et de transformation du mouvement et comprendre l'intérêt de transformer les mouvements selon l'usage qui en est fait  Apprendre à observer et à exprimer le résultat de ses observations  Maîtriser un vocabulaire technique et précis  Stimuler la créativité durant les ateliers  Sensibiliser à l’histoire des sciences et des techniques dans un contexte industriel Public ciblé par la visite et liens avec le programme Nous ciblons comme public scolaire, les élèves des trois dernières années du primaire. Cette animation trouve des liens avec le programme scolaire aussi bien en sciences, qu'en mathématiques, en éducation par la technologie qu'en histoire. Exemples: Sciences: découvrir une loi, un phénomène, à l’aide d’une expérience Mathématiques: notion de proportionnalité Éducation par la technologie: structures et mécanismes: “Formaliser et expliquer les interactions de différents éléments d’un objet mécanique”. Histoire: - Exploiter des sources historiques - Découvrir le mode de vie des gens à une époque déterminée - Appréhender les grandes découvertes - Comprendre les liens entre les progrès techniques et leurs conséquences sociales Réservations Les visites et animations ont lieu du lundi au vendredi à la Fonderie, Rue Ransfort à 1080 Bruxelles sur rendez- vous. Pour tout renseignement, n’hésitez pas à contacter Yannik van Praag, responsable du service éducatif (+ 32 (0)2/410.99.50) ou a envoyer un mail à l’adresse suivante parcours.lafonderie@skynet.be 3 SOMMAIRE 1. UNE HISTOIRE DES MECANISMES ..................................................................................................................... 4 A. Présentation ........................................................................................................................................... 4 B. Exploration de la langue ......................................................................................................................... 4 C. Définitions .............................................................................................................................................. 4 D. Les différents mouvements .................................................................................................................... 5 E. Distinction entre transmission et transformation du mouvement ........................................................ 5 F. Les mécanismes de transmission du mouvement ................................................................................. 6 1. Les engrenages .................................................................................................................................. 6 2. Poulies et courroies ........................................................................................................................... 9 3. Chaîne et roues dentées .................................................................................................................. 11 G. Les mécanismes de transformation du mouvement ............................................................................ 12 1. La vis ................................................................................................................................................ 12 2. La bielle manivelle ........................................................................................................................... 12 3. L'arbre à cames ................................................................................................................................ 14 H. Références web et bibliographique ........................................................................................................... 16 Liens internet ............................................................................................................................................ 16 Bibliographie ............................................................................................................................................. 16 2. DEROULEMENT DE LA VISITE .......................................................................................................................... 17 1. Accueil ................................................................................................................................................... 17 2. Approche des mécanismes ................................................................................................................... 17 3. Présentation de chaque mécanisme ..................................................................................................... 17 4. Jeu photos sur les mécanismes présents à la Fonderie ........................................................................ 17 5. Détails sur les engrenages ..................................................................................................................... 17 6. Récapitulatif .......................................................................................................................................... 18 3. ACTIVITES ........................................................................................................................................................ 19 4 1. UNE HISTOIRE DES MECANISMES A. Présentation La plupart des machines et petits appareils qui nous entourent fonctionnent grâce à des mécanismes. Qu'ils transmettent un mouvement ou qu'ils le transforment, sans eux la plupart des machines ne seraient d'aucune utilité malgré toute l'énergie que l'on pourrait déployer. Mais comment fonctionnent-ils et à quoi servent-ils exactement? Engrenage, bielle-manivelle, pignon-crémaillère, poulie et courroie, chaîne et roue dentée: à l'issue de votre visite au Musée de la Fonderie, tous ces mécanismes de transmission et de transformation du mouvement n'auront plus de secret pour vous. A travers des activités ludiques et interactives qui retraceront leur histoire, cette animation captivera aussi bien les élèves que les professeurs. Le dossier que nous vous proposons vous permettra de préparer votre visite. Les mécanismes les plus connus y sont présentés à travers leur histoire de l'Antiquité à nos jours. Des activités pédagogiques pour poursuivre l’apprentissage en classe sont proposées en annexe. B. Exploration de la langue Vocabulaire utile Arbre à cames : arbre possédant un ensemble de cames. Axe: Tige autour de laquelle tourne la roue. Bielle: Tige rigide articulée à ses extrémités, qui sert à transmettre le mouvement entre deux pièces mobiles ou à transformer un mouvement alternatif en mouvement circulaire. Came: pièce destinée à transformer un mouvement circulaire en un mouvement de translation. Cheval-vapeur : Le cheval-vapeur est une unité de puissance ne faisant pas partie du Système international d'unités, qui exprime une équivalence entre la puissance fournie par un cheval tirant une charge et celle fournie par une machine de propulsion à vapeur. Couronne: Dans un engrenage, la couronne est la plus grande des roues dentées. Courroie: Bande de matière souple utilisée pour transmettre un mouvement. Crémaillère: Tige ou barre garnie de crans ou de dents. Foulon : Bâtiment (le plus souvent un moulin à eau) où l'on battait les draps pour les assouplir et les dégraisser. Le principe de fonctionnement est un arbre entraîné par une roue hydraulique qui tourne devant une batterie de maillets, placés en position de bascule au-dessus des cuves à drap ou autre textile ainsi que pour le tannage des peaux. Ce terme est également utilisé pour désigner l’ouvrier qui effectue le foulage. Pignon: Roue dentée. Lorsqu'il y a plusieurs roues dentées comme dans les engrenages, il s'agit alors de la plus petite roue dentée. Poulie: Roue tournant autour d'un axe et dont la jante porte une courroie ou un câble servant à soulever des charges. Vilebrequin: Manivelle du système bielle-manivelle. C. Définitions Une machine est un ensemble de mécanismes qui, disposés d'une certaine manière, permet de réaliser un travail. Le mécanisme est l'ensemble des pièces mécaniques mises en mouvement en vue d'assurer le fonctionnement de la machine. Il permet de transmettre et de transformer le mouvement au sein de celle-ci. Pour fonctionner, la machine a besoin d'énergie qui peut provenir de différentes sources: musculaire, solaire, éolienne, hydraulique, thermique et nucléaire.1 Sans les mécanismes de transmission et de transformation du mouvement, l'énergie fournie ne pourrait pas être exploitée pour actionner la machine. 1 Pour de plus amples informations sur l’énergie et ses sources, vous pouvez consultez le dossier pédagogique « L’énergie : de la sueur à la vapeur ». 5 D. Les différents mouvements Les objets qui nous entourent peuvent décrire différents mouvements. Au sein d’un mécanisme, les différentes pièces décrivent des mouvements similaires. On parle de mouvement de translation si tous les points de l'objet en mouvement décrivent des trajectoires parallèles. On a des mouvements de translation verticaux et horizontaux. On parle de mouvement de rotation si l'objet décrit une trajectoire circulaire autour d'un point ou d'un axe fixe. On dit que le mouvement est continu quand il va toujours dans le même sens ou alternatif si il change périodiquement de sens. E. Distinction entre transmission et transformation du mouvement On parle de mécanisme de transmission du mouvement, lorsque le mécanisme sert à transmettre le mouvement du point d'entrée2 au point de sortie sans modifier la nature (rotation ou translation) du mouvement. Les mécanismes de transmission peuvent changer la vitesse ou le sens de mouvement mais ne le modifient pas. Par exemple, sur un vélo, le mouvement de rotation des pédales est transmis à la chaîne qui entraîne la roue arrière. Lorsqu'un mécanisme transforme la nature du mouvement entre le point d'entrée et le point de sortie, on parle de mécanisme de transformation du mouvement. Par exemple, une bielle-manivelle transforme un mouvement de translation en un mouvement de rotation. 2 Le point d’entrée correspond à l’endroit du mécanisme où le mouvement initial est produit. Par exemple, pour le vélo, il s’agit de la pédale. Le point de sortie correspond à l’endroit du mécanisme où se produit le mouvement final. Pour le vélo, il s’agit du pignon au niveau de la roue arrière. 6 F. Les mécanismes de transmission du mouvement Dans cette section, nous allons aborder différents mécanismes de transmission du mouvement. Nous présentons ici les plus courants mais cette liste n'est pas exhaustive. 1. Les engrenages Qu'est-ce que c'est? Il s'agit d'un dispositif composé de deux ou plusieurs roues dentées tournant autour d’axes fixes. Ils servent à transmettre le mouvement d’un axe à l’autre au moyen des dents venant au contact l’une après l’autre. Dans l’engrenage, la roue motrice transmet le mouvement et la roue menée le subit. On distingue aussi la roue d'entrée et la roue de sortie. Dans le cas où il y a plus de deux engrenages, la roue d'entrée est la première et la roue de sortie la dernière. Les roues en contact n'ont pas toujours le même nombre de dents. On appelle la plus petite roue le pignon. Quand ont-ils été inventés? Les premiers engrenages sont apparus dans le monde grec à l’époque hellénistique (-323 jusqu’au Ier siècle av J.C.). Archimède de Syracuse (287-212 av J.C.) passe pour les avoir inventés. Dans le monde romain, uploads/Industriel/ dossier-peda-transmission.pdf