TITRE

Propriétés physiques du vol

Les forces en présence:

Le poids

Tout corps subit l’attraction de la Terre qui provoque un mouvement vertical vers le bas : le poids.

2. La portance:

L'air qui circule sous l'aile est ralenti lorsqu'il rencontre la partie inférieure de l'aile, créant une pression qui pousse l'aile vers le haut. Simultanément, l'air qui circule sur la surface supérieure de l'aile accélère, réduisant la pression et créant une aspiration qui tire l'aile vers le haut. Ces deux phénomènes sont à l'origine de la portance.

3. La poussée:

Les avions en papier étant dépourvus de réacteurs, c'est la force du bras qui est à l'origine de la poussée. La gravité permet aussi à l'avion de prendre de la vitesse : si on lance l'avion tout droit, il va ralentir, alors que si on le lance légèrement vers le bas,la gravité va le faire avancer.

4. La traînée:

La traînée est l'action de l'air qui frotte contre la surface de l'avion, résiste à son déplacement et le ralentit; plus l'avion va vite, plus la traînée est forte. Pour la réduire, on donne aux avions des formes aérodynamiques qui fendent l'air.

Les engins n’utilisent pas obligatoirement toutes ces composantes : dans son fonctionnement minimal, le parachute n’utilise pas de force de poussée, et par conséquent, ne développe pas de traînée.

Certains autres utilisent des propriétés de l’air pour assurer cet équilibre : la poussée d’Archimède, la convection comme appoint aux forces verticales ( poids et portance), l’utilisation des courants pour assurer ou compléter le réseau des forces horizontales ( poussée et traînée )

	forces verticales			forces horizontales			force verticale due à la poussée
	poids	portance de l’air	Archimède	poussée		traînée
				naturelle	artificielle
objet en chute	+
flèche	+	+			+	+
boomerang	+	+			+	+
parachute	+	+
planeur	+	+		+		+	+
avion	+	+			+	+	+
cerf-volant	+	+			+	+
ballon dirigeable	+		+		+	+
montgolfière	+		+
ballon baudruche	+		+

Pour chacune de ces forces à étudier :

- Situation déclenchante

- Expérimentation à interpréter, manipulations à mettre en oeuvre, situation réelle à interpréter, document à étudier mettant en déséquilibre les conceptions initiales

- Validation des hypothèses nécessitant une recherche expérimentale ou documentaire, des détours

- Rédaction d’un état provisoire de connaissances.

- Illustration du phénomène dans des situations de vie courante

- Liens avec la biologie, la technologie

Propositions d'activités de découverte des propriétés de l'air utilisées pour le vol.

1) mise en évidence de la présence de l'air dans la pièce

situation déclenchante : les élèves observent et manipulent. Ils ont en leur possession une fiche leur indiquant le protocole des manipulations, leur demandant de dessiner leurs observations et d'émettre des hypothèses quant au phénomène observé.

On pourra proposer aux élèves quelques "tours de magie" qui se servent de la présence de l'air :

on ouvre une ampoule de sérum physiologique d'un côté, il est impossible de faire couler le produit, on ouvre de l'autre côté et le produit sort ; pourquoi ?
on pose un entonnoir sur une bouteille vide et on ferme bien le goulot autour de l'entonnoir avec de la pâte à modeler, il faut verser de l'eau dans la bouteille mais celle-ci ne veut pas couler. Pourquoi ?
on met dans une bassine une bille seule (qui va couler) et une bille enfermée dans un bocal en verre ( et ça ne coule pas ). Pourquoi ?
j'allume deux bougies, ,je place sur l'une d'elles un verre retourné ; la bougie qui est sous le verre s'éteint. Pourquoi ?

Ce travail d'observation (en 4 ateliers, en petit groupe dans le coin sciences ou en atelier avec un maître supplémentaire ne devra pas durer longtemps. Il servira à dégager une phrase :

" Il y a de l'air dans la classe !"

2)Découverte des mouvements de convection :

Situation déclenchante : on peut partir du mobile qui bouge dans la classe, apporter un carillon des anges, ou proposer comme précédemment, des activités d'observation où il sera demandé d'émettre des hypothèses.

on plonge dans une bassine pleine d'eau froide un flacon d'eau chaude colorée qui ne sera ouvert qu'une fois immergé. L'eau colorée va former un nuage sous la surface de l'eau froide et on pourra observer un mouvement ascendant de cette eau. Pourquoi?
on fabrique une spirale de papier de soie qu'on suspend au dessus du radiateur ou d'une plaque chauffante…elle s'anime. Pourquoi ?
on donne aux élèves 1/2 feuille de papier de soie et le patron d'une hélice qu'on leur demande de construire ; des hypothèses sont émises sur la façon de relever les pales et de faire tourner l'hélice (en soufflant de face ou par en-dessous).

On leur proposera alors de poser l'hélice sur la pointe de leur stylo qu'ils tiendront dans leur poing fermé : l'hélice tourne ! Pourquoi ?

munis d'hélices, mais aussi de bandes de papier de soie, les élèves pourront partir à la recherche de courants de convection dans l'école. Ils devront les repérer sur un plan et tenter d'en déterminer la cause.
un thermomètre sera fixé dans la classe au ras du sol, un autre suspendu au plafond. On constatera une différence de quelques degrés. Pourquoi ?

Les élèves échangent leurs observations qui permettront de conclure :

"La rencontre de l'air froid et de l'air chaud crée un mouvement."

3)La portance

situation déclenchante: une feuille de papier est posée sur un verre contenant un liquide.

lorsqu'on retourne le tout, la feuille reste comme "suspendue" au verre !

Les élèves vont émettre toutes sortes d'hypothèses de l'ordre du magique. Il suffira de leur faire recommencer plusieurs fois la manipulation pour qu'ils admettent qu'il n'y a aucun trucage. De la même façon qu'il n'y en a aucun pour faire voler un avion !

Plusieurs manipulations vont intriguer les élèves pour leur permettre d'appréhender la notion de portance.

on souffle au dessus d'une feuille de papier maintenue entre les doigts. La feuille se soulève.
on suspend deux balles de ping-pong distantes d'environ 7cm à des ficelles. Avec une paille, on souffle entre les deux et… les deux balles se rapprochent.
on construit une forme d'aile qui peut coulisser verticalement ,étant traversée par deux fils .Quand on dirige le sèche-cheveux (même froid) à l'horizontale face à cette aile celle-ci se lève et monte.

Même si les élèves ont pu percevoir l'idée de portance (quand on souffle, l'air est moins dense, il se crée une dépression qui aspire) l'idéal reste une visualisation par vidéo du phénomène.

4) Le poids

Notion : tout corps subit l’attraction de la Terre qui provoque un mouvement vertical vers le bas : le poids

Situation déclenchante:Séance d’EPS : jonglage avec objets divers

Consigne : Classer les différents objets lancés. Expliquer pourquoi.

Un des modes de classement nous permettra certainement de travailler sur l'influence de la masse sur la vitesse de chute du corps .

Comparaison des masses : équilibre ou mesure

Influence de la forme du corps sur sa chute (introduction de la portance)

Illustrations, réinvestissement

SOMMAIRE