La main à la pâte 22

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Pour commencer.

22 février 2010, 17:35, par Loïc Poullain

Voici quelques repères pour aider les enseignants et les élèves à se lancer dans ce "défi" que l’on doit surtout aborder comme un défi contre l’ignorance et pour la connaissance scientifique. Il ne s"agit pas de comparer et classer les travaux de votre classe par rapport aux autres classes participantes.

On aura l’occasion de travailler ensemble pour échanger, apporter des solutions techniques qui débloqueront votre recherche (matériel, conditions expérimentales, ressources techniques) mais le travail réel est fait par votre classe et l’important est de pouvoir le présenter le jour de la rencontre (18 juin) sous la forme de panneaux écrits et illustrés, d’une ou plusieurs expériences et d’exposés faits par les élèves.

Afin de ne pas s’éparpiller, on peut rester proches des thèmes imposés par les programmes et avoir un projet global sur le sujet (sciences, maitrise du langage, arts, etc..)

Voici ci-après quelques pistes possibles :

voir des objets avec la lumière :

sources artificielles lampes, DEL, flammes. Les objets qui nous entourent ne sont visibles que parce que sont des sources lumineuses secondaires, c’est à dire qu’ils sont d’abord éclairés par une lumière directe et ensuite ils absorbent cette radiation et ré-émettent à leur tour dans toutes les directions tout ou partie de la lumière incidente. On appelle ce phénomène la diffusion.
On peut travailler en cycle 1 sur la boite à lumière : des gommettes de couleur sont collées au fond d’une boite à chaussure percée uniquement d’un trou sur lequel on y met son œil. Les cotés de la boite contiennent des fenêtres recouvertes de calque (la lumière peut passer mais on ne peut pas observer ce qu’il y a dans la boite). Les enfants distinguent de mieux en mieux ce qu’il y a dans la boite s’ils ouvrent les fenêtres. Cela signifie qu’on ne peut voir des objets que s’ils sont éclairés.

Production de lumière

Cette lumière peut être produite de multiples façons : flammes, étincelles, Soleil, fil de fer chaud. Il est intéressant pour des élèves de cycle 3 de distinguer les lumières artificielles : lampe 3,5V de différentes puissances, DEL rouge, verte, jaune, de plus ou moins faible consommation expérimentations uniquement avec des piles. Observation des éclairages domestiques et industriels ou collectifs. Le programme précise qu’en électricité, on peut mettre en œuvre des composants électriques différents (lampes différentes).

Couleur des corps

Une autre piste est aussi d’éclairer des objets colorés en lumière colorée : on se rend vite compte que la couleur d’un objet n’est pas une propriété intrinsèque de cet objet (il faut également préciser la lumière qui l’éclaire)

Ombres :

théâtre d’ombres
Avec une source ponctuelle (lampe 3,5V ou nouvelle DEL Luxeon) on peut réaliser de beaux théâtres d’ombres en mettant des objets opaques ou partiellement transparents dans le faisceau. L’observation se fait à l’arrière d’un écran de papier calque ou papier sulfurisé ou papier huilé. On peut travailler sur l’objet ou sa position en cycle 1,2 ou 3.

Variantes :

Le jour et la nuit (cycle 2) , les éclipses de Lune et de Soleil, l’ombre du piquet vertical (gnomon) et on revient sur le mouvement apparent du Soleil.

A réserver au collège

Avec une source étendue de lumière (une balle de tennis de table coiffe une lampe 3,5V) on peut comprendre que l’éclipse totale de Soleil n’a lieu que sur une très petite région de la Terre (un peu hors programme)

Colorier avec la lumière :

faisceaux colorés et filtres colorés
avec des DEL de puissance RVB il est possible de reconstituer la lumière blanche et toutes les couleurs de l’arc en ciel. La superposition de filtres colorés JMC peut aussi produire de belles compositions. On trouve les filtres à découper chez « Electronique diffusion ».

En cycle 1, un travail de reconnaissance des couleurs avec des lunettes colorées est assez original.

écrire, graver avec la lumière

photogrammes, sténopés, appareils photographiques

En construisant des boites noires à partir de patrons de parallélépipèdes, on assemble la boite photographique de base dont l’objectif est un simple trou. Il suffit de coller au fond de cette boite étanche à la lumière un papier photographique N&B, exposition du sujet à photographier de 2 à 3 minutes et développement dans une pièce obscure avec révélateur et fixateur (10 € pour faire 10L de produits chez Camara à St Brieuc).

On peut aussi remettre en service les vieux appareils de grand père (6x6 ou 6x9cm) et obtenir par contact des photographies intéressantes.
Avec une source de très faible puissance et ponctuelle, on peut aussi « écrire » avec la lumière sur ce papier photographique.

Communiquer avec la lumière

L’absence de lumière ou la présence de lumière pendant une durée plus ou moins longue permet par codage de transporter une information à distance.
Le musée des télécommunications pourrait être une bonne ressource pour cela.

La lumière peut aussi traverser des milieux transparents tels que l’eau le plastique ou le verre. Travail avec les fibres optiques et les fontaines éclairées ( bouteille percée lumineuse)
La lumière ne se déplace pas toujours en ligne droite : lorsqu’elle rencontre des milieux différents, elle est déviée (réfraction) mais on laisse ce phénomène pour le secondaire. Par contre, sur des surfaces métalliques ou en verre ou plastique, elle est réfléchie comme la boule de billard qui rencontre une bande.

Notre cerveau, pas très performant nous fait penser que la lumière des objets vient en ligne droite (images virtuelles) : on peut travailler en maternelle sur les images vues à travers les miroirs, découvrir des fruits cachés sous le banc en utilisant un miroir. En cycle 2, un objet technique réalisable est le kaléïdoscope ou le périscope.

Se chauffer avec la lumière

Conversion rayonnement chaleur.
Toutes les expériences qui consistent à intercaler dans le faisceau lumineux des objets opaques peu diffusants qui vont transformer le rayonnement en chaleur (chauffe eau solaire, capteur thermique, effet de serre, concentration de la lumière avec des loupes ou des miroirs pour chauffer l’eau..) Travail avec un thermomètre.

Croitre et se développer avec la lumière

Les besoins des végétaux sont identifiés dès le cycle 1 pour comprendre que( comme les animaux ) ils se développent, grandissent et pour cela utilisent des éléments de l’environnement. La lumière est la source d’énergie primordiale de la plupart des écosystèmes de la planète. A quoi sert-elle ? Comment conditionne-t-elle la répartition et la vie des êtres vivants sur terre ?

S’informer avec la lumière

Cadrans solaires, phases de la Lune, planètes.

On peut mesurer le mouvement apparent du Soleil et avoir l’heure en construisant par exemple un cadran solaire équatorial et horizontal avec un ancien boitier de CD et un pic à brochette (la fiche technique est disponible sur lamap22)

C’est la lumière issue des planètes de la Lune et des étoiles qui nous donne toutes les informations en astronomie. On peut alors construire des maquettes pour se représenter la structure de notre univers proche ou lointain.

Un autre exemple est la mesure du rayon de la Terre par la méthode d’Erathostène (à voir sur le site de lamap22 entre les écoles de Boquého, Louannec et du Niger, Agades)

Pour le collège et la lumière invisible.

Mettre en œuvre simplement des capteurs infra rouge avec un circuit série (pile, photo transistor, résistor) et visualiser la tension à l’oscilloscope.

Détecter les lumières IR avec des appareils photos de téléphones portables ou autres
Pour les bricoleurs, construire un tableau interactif avec une wiimote ou plus simplement utiliser la wiimote comme capteur de position (sources internet).

Les ingénieurs de l’ENSSAT de Lannion ont travaillé sur le sujet.

Bonnes recherches.

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