Want to make creations as awesome as this one?

Transcript

Présenter une expérience à des enfants de 9-12 ans

Démarrer!

Maëlys Crevon

Floriane Thevenet
Chaymae Zani
Clémence Delbecque

Groupe 1G

Sommaire

6- Pour aller plus loin

8- Sitographie

4- Expérience

3- Question scientifique

5- Fonctionnement de la montgolfière

2- Situation déclenchante

1- Mise en éveil

7- Quiz

1

Mise en éveil

Le public, des enfants de 9-12 ans, doit entrer progressivement dans la notion

Mise en éveil

Pour mettre en éveil le groupe, on instaure un temps de parole où on questionne les enfants.
Est-ce qu'ils pensent que l'air chaud et l'air froid sont semblables?

Une étude montre que les enfants auront tendance a dire que l'air chaud est plus lourd. C'est peut-être la cause de l'expression "il fait lourd aujourd'hui" lors de fortes chaleurs.

Ce temps de débat leur permet de confronter leur savoirs et d'apprendre à faire des hypothèses. On peut rapprocher cette approche du socioconstructivisme, où l'échange en groupe est prisé.



Info

William Doise et Gabriel Mugny inventent le concept de conflit sociocognitif.

C'est un conflit de points de vue socialement expérimentés entre plusieurs sujets (ici nos 9-12 ans). La confrontation des différentes croyances individuelles introduit une perturbation cognitive, créant un apprentissage.

02

Situation déclenchante

Elément qui va alimenter le débat et les hypothèses des enfants

Situation déclenchante

On montre une vidéo d'une mongoflière qui se gonfle et s'élève.
Cette vidéo va permettre de soulever des nouvelles questions:
- Est-ce que l'air se mélange?
- Est-ce que c'est l'air chaud ou l'air froid qui fait décoller la montgolfière?
Quelles sont les étapes pour faire s'envoler la montgolfière?

03

Question scientifique

La notion qu'on souhaite abordée avec les enfants est alors clairement explicitée

Question scientifique abordée

  • On aborde alors la question de la température et la masse volumique de l'air. Existe t'il une différence entre l'air chaud et l'air froid? Et comment cela intervient-il dans l'élévation d'une montgolfière?

  • Le but visé est de faire comprendre aux enfants qu'une différence de température entraine un changement de concentration de particules dans l'air pour un même volume, montrant que l'air chaud est plus léger que l'air froid, et que le fonctionnement de la montgolfière repose sur ce principe.

L'aborder avec les enfants

Si la question paraît abstraite aux enfants, on la relie avec un élément quotidien pour eux, comme la carte météorologique qu'ils ont l'habitude de voir.

4

L'Expérience

Hypothèse, expérience, interprétation et synthèse.

Hypothèse et But

But

Hypothèse

Nous souhaitons aborder une notion qui nous paraît essentielle car, même si la température de l'air est invisible à nos yeux, elle est un facteur déterminant dans les phénomènes météorologiques dans le quotidien des enfants (tornade, trombe marine, réchauffement climatique...). Mais nous verrons qu'il y a une force qui intervient également...

On constate sur la vidéo que lorsqu’on chauffe l’intérieur du ballon, il se gonfle et décolle. On peut formuler l’hypothèse suivante: c’est l’air chaud qui, en étant plus léger que l’air froid, entraine un changement au niveau du poids de la montgolfière, et cela fait s'envoler cette dernière

Etapes de l'expérience

Etape 1

On place le ballon dégonflé sur le goulot de la bouteille vide

+ info

PROCESS 1


Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit, sed diam nonummy nibh euismod tincidunt ut laoreet dolore magna aliquam erat volutpat. Ut wisi enim ad minim veniam, quis nostrud exerci tation ullamcorper suscipit lobortis nisl ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis autem vel eum iriure dolor in hendrerit in vulputate velit esse molestie consequat, vel illum dolore eu feugiat nulla facilisis at vero eros et accumsan et iusto odio dignissim qui blandit praesent luptatum zzril delenit augue duis dolore te feugait nulla facilisi.

Etape 3

On laisse le temps faire ou on place la bouteille sous l'eau froide pour dégonfler le ballon

+ info

PROCESO 3


Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit, sed diam nonummy nibh euismod tincidunt ut laoreet dolore magna aliquam erat volutpat. Ut wisi enim ad minim veniam, quis nostrud exerci tation ullamcorper suscipit lobortis nisl ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis autem vel eum iriure dolor in hendrerit in vulputate velit esse molestie consequat, vel illum dolore eu feugiat nulla facilisis at vero eros et accumsan et iusto odio dignissim qui blandit praesent luptatum zzril delenit augue duis dolore te feugait nulla facilisi.

Etape 2

On place la bouteille à mi-hauteur dans un saladier rempli d'eau chaude => le ballon se gonfle

+ info

PROCESS 2


Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit, sed diam nonummy nibh euismod tincidunt ut laoreet dolore magna aliquam erat volutpat. Ut wisi enim ad minim veniam, quis nostrud exerci tation ullamcorper suscipit lobortis nisl ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis autem vel eum iriure dolor in hendrerit in vulputate velit esse molestie consequat, vel illum dolore eu feugiat nulla facilisis at vero eros et accumsan et iusto odio dignissim qui blandit praesent luptatum zzril delenit augue duis dolore te feugait nulla facilisi.

Interprétation

L’air n’est pas du vide comme on peut le croire, mais il contient des petites particules microscopiques, qu’on ne peut pas voir à l’œil nu.
Ces particules ne se comportent pas de la même façon, selon leur température => La masse volumique change.



+ info

On appelle atmosphère la couche d'air qui entoure la Terre. Elle est composée de plusieurs couches : exosphère, mésosphère, stratosphère et troposphère. C'est dans la troposphère, la couche la plus proche du sol de la Terre, que se trouve l'air que nous respirons.

L’air est une matière qui est invisible. L’air n’est pas une matière solide ni une matière liquide, c’est une matière gazeuse. On peut sentir l’air se déplacer quand il y a du vent. L’atmosphère qui entoure la Terre est constituée d’air.

C'est Antoine de Lavoisier (1743-1794) qui en fit la démonstration en 1774 : il fut le premier à montrer que l'air est un mélange constitué principalement de deux composés, le diazote et le dioxygène.

+ info

On appelle atmosphère la couche d'air qui entoure la Terre. Elle est composée de plusieurs couches : exosphère, mésosphère, stratosphère et troposphère. C'est dans la troposphère, la couche la plus proche du sol de la Terre, que se trouve l'air que nous respirons.

L’air est une matière qui est invisible. L’air n’est pas une matière solide ni une matière liquide, c’est une matière gazeuse. On peut sentir l’air se déplacer quand il y a du vent. L’atmosphère qui entoure la Terre est constituée d’air.

C'est Antoine de Lavoisier (1743-1794) qui en fit la démonstration en 1774 : il fut le premier à montrer que l'air est un mélange constitué principalement de deux composés, le diazote et le dioxygène.

Air Chaud VS Air froid


Quand la température diminue : l’air refroidit, les particules se rassemblent et occupent moins d’espace, leur concentration dans l'air augmente.

Quand la température augmente : les particules s’éloignent et occupent plus d’espace, et donc leur concentration dans l'air diminue.

+ info

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit, sed diam nonummy nibh euismod tincidunt ut laoreet dolore magna aliquam erat volutpat. Ut wisi enim ad minim veniam, quis nostrud exerci tation ullamcorper suscipit lobortis nisl ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis autem vel eum iriure dolor in hendrerit in vulputate velit esse molestie consequat, vel illum dolore eu feugiat nulla facilisis at vero eros et accumsan et iusto odio dignissim qui blandit praesent luptatum zzril delenit augue duis dolore te feugait nulla facilisi.

+ info

Concernant la montgolfière :

C’est exactement le même principe que celui de notre expérience. Vu que la densité de l’air chaud à l’intérieur de la montgolfière est plus faible que l’air froid qui l’entoure, cela fait qu’elle s’élève.

Synthèse

+ info

On appelle atmosphère la couche d'air qui entoure la Terre. Elle est composée de plusieurs couches : exosphère, mésosphère, stratosphère et troposphère. C'est dans la troposphère, la couche la plus proche du sol de la Terre, que se trouve l'air que nous respirons.

L’air est une matière qui est invisible. L’air n’est pas une matière solide ni une matière liquide, c’est une matière gazeuse. On peut sentir l’air se déplacer quand il y a du vent. L’atmosphère qui entoure la Terre est constituée d’air.

C'est Antoine de Lavoisier (1743-1794) qui en fit la démonstration en 1774 : il fut le premier à montrer que l'air est un mélange constitué principalement de deux composés, le diazote et le dioxygène.

  • Quand on chauffe la bouteille d'eau, cela chauffe automatiquement l'air dans cette bouteille, celui-ci se dilate : les particules chauffées occupent un volume plus important que les particules de l'air froid.

  • La quantité d'air dans le ballon est identique avant et après le changement de la température, mais le volume devient plus important. On peut déduire que pour avoir plus de place, l'air essaie de sortir, il pousse les parois du ballon et le gonfle. Puis l'eau froide refroidit l'air, et alors il se contracte puis le ballon se dégonfle.

  • Tous ces phénomènes sont explicables durant l'expérience. Puisqu'une des manières les plus efficaces d'apprendre est de pratiquer, on lance les enfants sur l'expérience avec une fiche pratique explicative, par petits groupes. Ils pourront ainsi prendre en main leur apprentissage tout en s'amusant.

5

fonctionnement de la montgolfière


Connaissances plus amples sur les paramètres et les phénomènes qui interviennent

1ère étape : Dilatation de l'air chaud

Sous l’effet de la chaleur, les petites molécules, qui constituent l’air, s’écartent les unes des autres et repoussent la paroi du ballon. Pour la montgolfière, c’est exactement la même chose, l’air se dilate et l’enveloppe se gonfle.

Quand l’enveloppe est tendue au maximum, sous l'effet de la chaleur, l’air continue de se dilater et s’échappe par l’ouverture.

2ème étape :La poussée d'Archimède

  • Un ballon s’élève parce qu’il est poussé par l’air qui l’entoure. C’est le même principe que quand on plonge un objet dans l’eau. Cet objet déplace un certain volume dans l’eau , et l’eau exerce une force sur ce dernier. C’est pour cela qu’on a cette impression que les objets sont moins lourds dans l’eau. Cette force est la poussée d’Archimède.

  • Le ballon dans l’air subit la même chose, au moment où on le gonfle il déplace un volume d’air. L'air exerce donc une force, une poussée sur l’enveloppe du ballon qui est orientée vers le haut.

  • L'air qui sort du ballon allège la mongolfière, ce qui rend la force de son poids inférieure à celle de la poussée d'archimède, qui elle est constante et donc ne change pas.
  • La montgolfière s'envole vers le haut grace à la poussée d'archimède et la diminution de son poids par l'air échappé.

3ème étape :Refroidissement de l'air du ballon de la montgolfière

Quand la poussée d'Archimède est plus grande que le poids de la montgolfière, cette dernière s'élève.


Une fois en haut la montgolfière suit la masse d'air pour se déplacer.

Pour redescendre, il suffit de laisser refroidir l'air du ballon, ce qui va augmenter le poids de la montgolfière, jusqu'à ce que la force du poids devienne plus importante que la poussée d'Archimède qui est constante.

Démonstration aux enfants

Rassembler le matériel

Il faut un sac plastique pour la toile, de l'aluminium pour la nacelle, 2 bougies d'anniversaire et du fil

Décollage!

On allume les bougies en maintenant le sac correctement. Après un certain temps, il va se gonfler et décoller!

Construction de la mini-montgolfière

On colle les bougies sur la nacelle en aluminium préalablement assemblée. On relie le tout au sac plastique avec le fil

Cette activité a réaliser avec les enfants pour compléter les explications théoriques est un "clou du spectacle" où il peuvent réaliser leur propre montgolfière. Il faut assurer leur sécurité en gardant un extincteur ou de l'eau à proximité, car manipuler le feu peut être dangereux!

6

Pour aller plus loin

Autres exemples de situation impliquant l'air chaud et l'air froid

Pour aller plus loin: Rencontre entre air chaud et air froid dans la nature

On peut se demander qu'est ce que provoque des rencontres d'airs chaud et froid en terme météorologique.
On passe alors à la notion d'aléas climatiques voir de catastrophe naturelle, car on peut aborder, par exemple, la formation des tornades.

+ info

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit, sed diam nonummy nibh euismod tincidunt ut laoreet dolore magna aliquam erat volutpat. Ut wisi enim ad minim veniam, quis nostrud exerci tation ullamcorper suscipit lobortis nisl ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis autem vel eum iriure dolor in hendrerit in vulputate velit esse molestie consequat, vel illum dolore eu feugiat nulla facilisis at vero eros et accumsan et iusto odio dignissim qui blandit praesent luptatum zzril delenit augue duis dolore te feugait nulla facilisi.

7

quiz

Pour tester les connaissances acquises durant l'activité

Quiz:
Dans l'espace "Apprenant" de , rentrer le code ZL99D7 (fonctionnel jusqu'au 30 avril). Sinon, les questions sont sur les diapositives suivantes !

Quiz

  • 1) Lors de l'expérience réalisée, l'air froid a fait gonfler le ballon?
    • a) Oui
    • b) Non, c'est l'air chaud qui a permis au ballon de se gonfler

  • 2) L'air froid est plus léger que l'air chaud.
    • a) Vrai
    • b) Faux, l'air chaud est plus léger que l'air froid

Quiz

  • 3) Lorsque la température diminue...
    • a) Les particules d'air s'éloignent et occupent plus d'espace
    • b) Les particules d'air se rassemblent et occupent moins d'espace
    • c) Les particules d'air restent statiques et il n'y a aucun changement

  • 4) Lorsque la température augmente, la densité de l'air augmente
    • a) Vrai
    • b) Faux, la densité de l'air diminue

Quiz

  • 5) L'air froid contient autant de molécules que l'air chaud
    • a) Vrai
    • b) Faux, l'air froid contient moins de molécules que l'air chaud
    • c) Faux, l'air chaud contient moins de molécules que l'air froid

  • 6) Quel principe physique les montgolfières exploitent-elles?
    • a) Loi de refroidissement de Newton
    • b) Loi des aires
    • c) La poussée d'Archimède

Quiz

  • 7) Qu'utilisent les montgolfières pour s'élever dans l'air?
    • a) De l'hélium
    • b) De l'air à température ambiante
    • c) Du xénon
    • d) De l'air chaud

  • 8) Chauffer l'air de la montgolfière, cela permet de...
    • a) L'alléger
    • b) L'alourdir

Quiz

  • 9) Les rencontres d'air chaud et d'air froid sont à l'origine d'aléas climatiques
    • a) Vrai
    • b) Faux

  • 10) La montgolfière s'envole quand...
    • a) La force de la poussée d'Archimède est plus importante que la force de son poids
    • b) La force du poids est plus importante que la force de la poussée d'Archimède

  • 11) La poussée d'Achimède est une force...
    • a) Constante
    • b) Variable

Réponses!

  • 1) b
  • 2) b
  • 3) b
  • 4) b
  • 5) a
  • 6) c

  • 7) d
  • 8) a
  • 9) a
  • 10) a
  • 11) a

8

Sitographie

Sources pour la rédaction du dossier

Sitographie

  • ANONYME, (2020, décembre), Mettre en œuvre son enseignement pour le thème 1 "La planète Terre, l'environnement et l'action humaine" du programme de SVT au cycle 4,https://eduscol.education.fr/290/la-planete-terre-l-environnement-et-l-action-humaine
  • ANONYME, (date inconnue), Le ballon à air chaud, https://fondation-lamap.org/sequence-d-activites/le-ballon-a-air-chaud
  • COLLARD Eric, 2022, Comment se fait la science?, [Présentation Genially), https://ent.uca.fr/moodle/course/view.php?id=25937&section=2
  • FORTE A., (date inconnue), Le ballon et l'air chaud, https://www.espace-sciences.org/archives/le-ballon-et-l-air-chaud
  • GOURMAUD Jamy et COURANT Frédéric, (2016), Ballon, c'est gonflé, https://cest-pas-sorcier.fr/cest-pas-sorcier-ballons-cest-gonfle/
  • HAUTES ALPES MONTGOLFIERE, (2020, 4 mars), Pourquoi et comment vole un ballon, https://hautesalpesmontgolfiere.com/pourquoi-et-comment-vole-une-montgolfiere/#:~:text=La%20Montgolfi%C3%A8re%20utilise%20le%20principe%20de%20l%E2%80%99air%20chaud.,Elles%20montent%20alors%20vers%20le%20haut%20de%20l%E2%80%99enveloppe.
  • SEBASTIEN et CHARLOTTE, (2021, 21 septembre), 10 idées pour faire vivre la science en classe, https://blog.edumoov.com/10-idees-d-activites-pour-faire-vivre-les-sciences-en-classe/
  • PEGUY HEROUVILLE Charles, (2013, 23 avril), L'air chaud, l'air froid... c'est pareil?, https://lewebpedagogique.com/regisgaudemer/sciences-et-technologie/lair-chaud-air-froid-cest-pareil/

Merci de votre lecture