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Un ballon, qui se dégonfle, ça peut donner un effet moteur !

S'envoyer en l'air

Le groupe d’enfants de neuf et dix ans est installé en cercle, ainsi tout le monde se voit. Le cercle se scinde en sous-groupes de trois personnes qui mèneront les recherches ensemble.

Un défi

L’animateur gonfle un ballon de baudruche. « Je vais lâcher ce ballon et il va atterrir sur le crochet du porte-manteau qui se trouve près de cette fenêtre. Vais-je y arriver ? » Les paris sont ouverts. « Non ! Aucune chance » expriment certains. « On ne sait jamais » disent d’autres. Devant la démonstration farfelue les regards sont tout de même attentifs.

Bien entendu cela ne marche pas !
Le défi est maintenant lancé à chacun des petits groupes : « Une fois le ballon gonflé, en laissant l’air s’en échapper, il faut qu’il parte d’un point que vous choisissez, et qu’il arrive une fois dégonflé en un autre point que vous choisissez également. » Au sein de chaque groupe l’on discute et l’on émet des idées. J’ajoute : « Dans cette boite, se trouve un peu de matériel. Et celui-ci peut servir à relever le défi. Vous pouvez imaginer ce qu’elle contient. Pour mieux vous faire comprendre dans votre groupe, n’hésitez pas à faire des schémas, des dessins. »

Les hypothèses

Dans les petits groupes, les discussions vont bon train ; pour certains c’est l’interrogation ! D’autres veulent déjà mettre en œuvre leurs idées. Mais patience, après quelques minutes chacun prête attention. Nous faisons un tour d’horizon des propositions. Chaque groupe fait part de ses hypothèses et explique par quel moyen il pense relever le défi.

Damien : « On gonfle le ballon puis on le place dans un grand tuyau… et voilà il se dégonfle et il arrive à l’autre bout. »

Émilie : « Il faut attacher le ballon à une ficelle et le lancer ! »

Aude : « Nous, nous pensons construire un engin et y attacher le ballon. Il se dégonflera et fera avancer l’engin jusqu’au point B. »

Sylvia : « Nous avons pensé le suspendre à une ficelle, pour qu’il voyage le long de la ficelle. Il faut encore trouver comment nous allons l’attacher. Dans la boite il y a peut-être une roulette, alors il suffirait d’attacher le ballon à la roulette. Comme cela la roulette le ferait avancer sur la ficelle. »

Sébastien : « Dans la boite, nous pensons qu’il y a des attaches trombones, de la ficelle, un poids pour que le ballon n’avance pas trop vite, et puis… »

Fred : « D’abord, il nous faudra placer de gros ventilateurs - il en faut tout le long du trajet pour que le ballon maintienne bien sa trajectoire - puis on place le ballon au point A et on croise les doigts ! »

Manon : « Nous avons la même idée que le groupe de Sylvia. Et pour suspendre le ballon à la ficelle on pense utiliser une paille. La ficelle passera dans la paille. »

Nicolas : « Il suffit de faire passer une aiguille avec un fil très fin au travers du ballon, de tendre le fil et de laisser partir le ballon… » (il nous montre son schéma).

L’expérimentation

Après avoir écouté tous les groupes, les enfants vont pouvoir profiter des idées de chacun et améliorer la leur. Il leur faut également mesurer les possibilités de réaliser leur système. Dispose-t-on par exemple des ventilateurs proposés par Fred… j’ouvre la boite. « Tout ce qui s’y trouve, ne servira peut-être pas à la réalisation d’une construction. Vous pourrez également utiliser le matériel qui se trouve sur la table matériel. » Les objets sont sortis un à un : des ballons de baudruche, des attaches trombones, du papier collant, différentes sortes de ficelles, des ciseaux, un bouchon en liège, des pailles de différents diamètres, de la plasticine, une pince à linge, etc.

« Lorsque vous aurez pu tester un système qui fonctionne, vous pourrez en augmenter les performances. Par exemple si vous désirez que le ballon aille le plus loin possible ou le plus lentement possible ou encore le plus haut possible, ne modifiez qu’un seul élément à la fois pour mieux en comprendre l’influence. À chaque fois que vous faites une expérimentation, il est nécessaire de bien observer comment les choses se passent, comment se comporte le ballon… il n’y a pas qu’une seule solution. »

Les petits groupes se mettent à l’œuvre. Ils choisissent un emplacement pour installer leur construction et pour réaliser leurs expériences. Il faudra facilement une bonne demi-heure pour que chacun soit prêt à faire une démonstration. Certains systèmes imaginés se sont fortement transformés. D’autres par contre se sont affinés. Parfois les plus invraisemblables nous étonnent car cela fonctionne (le ballon transpercé par l’aiguille n’éclate pas et il voyage bien le long du fil en se dégonflant). Il y en a qui sont peu performants mais qui un peu modifiés permettent de mieux comprendre comment se comporte le ballon avec différents systèmes de fixation à la ficelle.

Les présentations et démonstrations

Tous se disposent pour bien voir.

Manon : « Nous avons passé la ficelle dans la paille, ce n’était pas facile parce qu’elle est très fine… D’ailleurs on a testé plusieurs sortes de ficelles. Et comme nous le pensions c’est le fil en nylon qui convenait le mieux. Il y a moins de frottement et ça glisse mieux… Et voilà pfff… » Le ballon se dégonfle, il avance le long du fil.

Un autre groupe explique son système et en fait la démonstration. Le ballon gonflé est fixé à une ficelle inclinée vers le haut.

Sylvia : « On avait d’abord mis le ballon dans l’autre sens, et on s’est rendu compte que ça ne marchait pas (l’action de l’air qui sort du ballon produit une réaction dans la direction opposée). Puis on a eu un peu de mal à comprendre que l’endroit de la fixation de la paille avait de l’importance, au début le ballon tournait sur lui-même et n’avançait que de quelques centimètres. Il fallait mettre la paille bien au milieu du ballon dans le même sens que la sortie d’air. Là c’était génial, comme cela marchait bien sur la ficelle horizontale, nous avons essayé de faire monter le ballon le plus haut possible. »

Après avoir fait une démonstration le long d’une ficelle « inclinée », le petit groupe fait un test avec une ficelle placée verticalement. Cela fonctionne également, le ballon atteint une hauteur de quatre mètres sans difficulté, il pourrait même aller plus haut encore.

Fred attache un ballon sur le dos d’un engin construit avec un morceau de polystyrène. Il y a quatre roues réalisées avec des bobines de fil vides. Cela n’a pas l’air simple à attacher, mais une fois l’engin prêt, tout le monde s’écarte pour faire de la place. Fred le pose par terre et le laisse partir. C’est Pauline qui récupère le bolide à trois mètres en face.

Damien : « Voici notre système, c’est la même idée que le groupe de Manon. Mais au lieu d’une paille nous avons utilisé des attaches trombones comme points de fixation au ballon. Ça marche aussi, c’est comme un téléférique. »

Les conceptualisations

Suite aux différentes expérimentations et démonstrations des groupes, les enfants racontent les difficultés rencontrées, les idées (hypothèses) qui ont été retenues et qui pouvaient fonctionner même celles qui nécessitaient des améliorations ou des changements importants. Pour bien comprendre ce qui se passe lors de l’expérimentation, il est important de bien observer, de bien regarder comment réagit le ballon. Ensuite nous mettons en évidence les phénomènes physiques rencontrés. Le principe d’action et de réaction, avec des applications rencontrées dans la vie courante, comme par exemples le fonctionnement des moteurs des avions à réaction, les fusées, etc. qui rejettent de l’air en arrière ; le recul du pistolet, du fusil lors du départ de la balle ; les cas de propulsion des bateaux, des nageurs, des poissons qui rejettent de l’eau (à la place de l’air) pour se déplacer. Des conclusions en ont été déduites : l’air s’échappe du ballon dans une certaine direction et le ballon part dans la direction opposée. C’est le principe de la propulsion par réaction : quand un objet éjecte une partie de lui-même (solide, liquide ou gaz), il se déplace en sens contraire de la partie éjectée. Des traces écrites avec schémas sont réalisées dans les cahiers d’expériences.

Vers d’autres constructions. Au départ de ces expérimentations, les petits groupes élaborent de nouveaux projets plus importants. Les idées fusent à nouveau. Certains s’orientent vers la construction d’engins qui se déplacent sur l’eau, d’autres vers une amélioration de la « voiture à air » et là, de nouveau, il faudra se poser de nouvelles questions : comment ça marche ?