GAP SAE 08 (001-028) 4 - WebPluswebplus.cheneliere.ca/document/2008-2009/Synergie/... · 2010. 4....

SAÉ 8

Guide d’accompagnement pédagogique

Claudie Chartré

Isabelle Levert

Avoir du souffle

Sommaire

Vue d’ensemble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Planification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Réseau de concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1. Présentation de la SAÉ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2. Fluide ou pas fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3. La pression, la force appliquée et l’aire . . . . 12

4. La pression, une question de volume ? . . . . 15

5. Le système respiratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6. À bout de souffle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

SYNERGIE • Guide d’accompagnement pédagogique2 Reproduction interdite © Les Éditions de la Chenelière inc.

Vue d’ensembleDurée

600 minutes (8 cours de 75 minutes)

Intentions pédagogiques

Amener les élèves à :• distinguer les substances qui sont des fluides de

celles qui n’en sont pas ;

• faire la différence entre un fluide compressible et un fluide incompressible ;

• identifier les paramètres dont dépend la pression,soit la force appliquée et l’aire de la surface surlaquelle la force s’applique ;

• comprendre la relation entre la pression et le volume ;

• réinvestir leurs connaissances sur le modèleparticulaire pour comprendre le principe de diffusion ;

• comprendre le rôle des structures du systèmerespiratoire ;

• prendre conscience des facteurs qui influencent la capacité pulmonaire ;

• élaborer et mettre en œuvre un plan d’action afin de réaliser un spiromètre.

Concepts ciblés

Univers vivant• Système respiratoire (fosses nasales, pharynx,

trachée, bronches, poumons)

Univers matériel • Pression

• Relation entre pression et volume

• Fluides compressibles et incompressibles

• Modèle particulaire

Univers technologique• Tracés géométriques

• Formes de représentation (croquis)

• Standards et représentations (schémas, symboles)

• Liaisons types des pièces mécaniques

Préparation

1. Présentation de la SAÉAmener les élèves à prendre conscience des prin-cipes qui régissent les mécanismes respiratoires.Présenter la tâche finale de la SAÉ : la réalisationd’un appareil permettant de mesurer la capacitérespiratoire, le spiromètre.

Réalisation

2. Fluide ou pas fluideAmener les élèves à distinguer les substances quisont des fluides de celles qui n’en sont pas à partirde leurs caractéristiques observables, puis à déter-miner si les fluides identifiés sont compressiblesou incompressibles.

3. La pression, la force appliquée et l’aire Faire découvrir aux élèves, lors d’un laboratoire,la relation qui existe entre la pression, la force etl’aire de la surface sur laquelle la force s’exerce.

4. La pression, une question de volume ? Faire découvrir aux élèves, lors d’un laboratoire,la relation qui existe entre la pression et levolume des fluides compressibles, et comment se comporte un gaz dans un système ouvert.

5. Le système respiratoireAmener les élèves à comprendre le rôle des struc-tures du système respiratoire en réinvestissantleurs connaissances sur la pression, le volume etle modèle particulaire.

Intégration et réinvestissement

6. À bout de souffleAmener les élèves à intégrer le concept de capa-cité respiratoire pour ensuite concevoir et réaliserun spiromètre.

Survol des activités

SAÉ 8 • Avoir du souffle 3Reproduction interdite © Les Éditions de la Chenelière inc.

Documents reproductibles liés à la SAÉ

Fiches

8.1 Présentationt de la SAÉ

8.2 Les fluides�

8.3 La pression, la force appliquée et l’aire�

8.4 La pression et le volume d’un gaz�

8.5 La pression et le volume en système ouvert�

8.6 La capacité pulmonaire�

8.7 Le spiromètre

8.8 Le modèle d’un spiromètre

8.9 Grille d’évaluation

8.10 Réseau de concepts

8.11 Retour sur les savoirs�

Les fiches dont le titre est suivi du symbole� peuvent être utilisées dans un contexte différent de celui de la SAÉ, augré de l’enseignante ou de l’enseignant.

=Documents reproductibles à utiliser au besoin

Fiches SAVOIRS

S 15 Le système respiratoire

S 52 La pression

S 53 Les fluides compressibles et incompressibles

S 54 La relation entre pression et volume

S 60 Le tracé géométrique

S 61 Les formes de représentation : le croquis et le dessin technique

S 73 Les standards et représentations : les schémaset les symboles

Fiches BOÎTE À OUTILS

BO 1 Comment travailler en toute sécurité

BO 2 Comment résoudre des problèmes

BO 5 Comment présenter un rapport de laboratoire

BO 6 Comment présenter des résultatsscientifiques

Matériel

Pour le groupe classe • Trois fois 12 éprouvettes remplies des substances

suivantes : sable, eau, air, pâte à modeler, huile,farine, miel, riz, sucre (ou sel), savon à vaisselle,ketchup, pois (ou lentilles)

• Une grosse seringue remplie d’eau colorée avec sonbouchon

• Une grosse seringue remplie d’air avec son bouchon• Deux supports universels• Le transparent 9• Un système respiratoire (trachée, bronches et poumons)• Un tube dont le diamètre est semblable au diamètre

de la trachée• Un scalpel• Un squelette• Un contenant de plastique de 4 L vide avec son

bouchon (contenant d’eau ou de lave-glace)• Un marqueur permanent• Un bécher de 500 mL• Un plat à vaisselle d’au moins 5 L de capacité• De l’eau

Par dyade (équipe de deux élèves)• Un verre de styromousse• Une punaise• Un stylo à bille• Une éprouvette• Une tige agitatrice• Une masse de 100 g• Un carton de lait vide (2 L)• Un objet pointu de type crayon à mine• Du ruban adhésif large• Un évier ou un grand contenant• Une seringue de 35 mL remplie d’air avec son

bouchon• Un tube flexible • Un manomètre à cadran• Un entonnoir avec ourlet (diamètre de 90 mm)• Trois pièces de bois • Un fil de fer (cintre) • Cinq vis n° 8 d’une longueur de 35 mm• Quatre membranes élastiques (ballons

de caoutchouc)• Du papier cartonné• Du ruban adhésif• Un collet de métal de 46,04 mm à 69,85 mm

(1 13/16 po à 2 3/4 po)• Un collet de métal de 7,94 mm à 12,7 mm

(5/16 po à 1/2 po)• Des élastiques• Un tuyau de caoutchouc

On peut se procurer un système respiratoire dans un abattoir

ou chez un fournisseur de matériel scientifique.

Note


3. La pression, la force

appliquée et l’aire

75 minutes

• La pression, p. 280 à 284 Fiche liée à la SAÉ8.3 La pression, la force


Fiche SAVOIRSS 52 La pression

Par dyade

• Un verre de styromousse

• Une punaise

• Un stylo à bille

• Une éprouvette

• Une tige agitatrice

• Une masse de 100 g

• Un carton de lait vide (2 L)

• Un objet pointu de type crayon

à mine

• Du ruban adhésif large

• Un évier ou un grand contenant

4. La pression, une question

de volume ?

75 minutes

• La pression et la théorie parti-

culaire, p. 284 à 286

• La relation entre la pression

et le volume des fluides

compressibles, p. 287 à 289

Fiches liées à la SAÉ8.4 La pression et

le volume d’un gaz

8.5 La pression et le

volume en système

ouvert


Fiches SAVOIRSS 52 La pression

S 54 La relation entre pression

et volume

Fiches BOÎTE À OUTILS*

BO 1 Comment travailler

en toute sécurité

BO 5 Comment présenter un

rapport de laboratoire

BO 6 Comment présenter des

résultats scientifiques

Par dyade

• Une seringue de 35 mL remplie

d’air avec son bouchon

• Un tube flexible

• Un manomètre à cadran

Planification

Activités et durée Pages du manuel Documents reproductibles Matériel

1. Présentation de la SAÉ :

Avoir du souffle

20 minutes

Fiches liées à la SAÉ8.1 Présentation

de la SAÉ


2. Fluide ou pas fluide

55 minutes

• Les fluides, p. 279 et 280, 286

et 287

Fiche lié à la SAÉ8.2 Les fluides

Fiche SAVOIRS*

S 53 Les fluides compressibles

et incompressibles

Pour le groupe classe

• Trois fois 12 éprouvettes rem-

plies des substances

suivantes : sable, eau, air, pâte

à modeler, huile, farine, miel,

riz, sucre (ou sel), savon à

vaisselle, ketchup, pois

(ou lentilles)

• Une grosse seringue remplie

d’eau colorée avec son

bouchon

• Une grosse seringue remplie

d’air avec son bouchon

• Deux supports universels

Réalisation

* Les fiches SAVOIRS et BOÎTE À OUTILS peuvent être utilisées au besoin.

Préparation


Évaluation Liens avec le Programme de formation

Domaine général de formation

Santé et bien-être

Axes de développement

• Connaissance des conséquences de ses choix personnels sur sa santé et

son bien-être

• Mode de vie actif et comportement sécuritaire

En faisant découvrir le système respiratoire et les principes physiques qui

régissent la respiration (pression, volume), on amène les élèves à se

conscientiser sur leur santé. En effet, en faisant mesurer aux élèves leur

propre capacité pulmonaire et leur rythme respiratoire, on peut mettre

l’accent sur l’importance de l’exercice physique et la réduction du tabagisme

pour améliorer sa santé pulmonaire.

Compétence transversale ciblée

CT 2 Résoudre des problèmes

Composante 1 Analyser les éléments d’une situation

Composante 3 Adopter un fonctionnement souple

Lors de la tâche finale, les élèves mobiliseront leurs savoirs afin de résoudre

le problème qui leur est proposé. Ils devront concevoir et réaliser un objet

technique en respectant un cahier des charges ; puis analyser le résultat en

posant un regard critique sur leur réalisation.

CT 8 Coopérer

Composante 1 Reconnaître ses caractéristiques personnelles

La réalisation de l’activité finale permet aux élèves de faire appel à leur

créativité personnelle et ainsi d’en découvrir la force et les limites. Ils

peuvent de la sorte prendre conscience de leur potentiel et être à même

de mieux l’apprécier.

Compétences disciplinaires ciblées

CD 1 Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre

scientifique ou technologique

Composante 1 Cerner un problème

Composante 2 Élaborer le plan d’action

Composante 3 Concrétiser le plan d'action

Composante 4 Analyser les résultats

Dans l’activité 4, on invite les élèves à déterminer la relation qui existe entre

la pression et le volume d’un gaz à température constante. Pour ce faire, ils

devront suivre un protocole précis et recueillir des données qui, une fois

analysées, leur permettront de répondre à la question de départ.

Lors de la tâche finale, les élèves appliqueront la démarche technologique

de conception pour concevoir et fabriquer un spiromètre. Ils devront

prendre connaissance des exigences du cahier des charges afin de construire

un prototype conforme. Ensuite, ils devront évaluer le résultat et proposer

des améliorations à l’objet réalisé.

CD 1 Chercher des réponses ou des solutions

à des problèmes d’ordre scientifique

ou technologique

Critère 3 Mise en œuvre adéquate du plan d’action

Critère 4 Élaboration de conclusions, d’explications

ou de solutions pertinentes

Présentation de la fiche 8.9 aux élèves et explication

des critères utilisés pour évaluer leurs apprentissages.


Planification (suite)

Activités et durée Pages du manuel Documents reproductibles Matériel

Réalisation (suite)

Intégration et réinvestissement

6. À bout de souffle

300 minutes

Fiches liées à la SAÉ8.1 Présentation de la SAÉ

8.6 La capacité pulmonaire

8.7 Le spiromètre

8.8 Le modèle d’un

spiromètre



8.11 Retour sur les savoirs

Fiches SAVOIRSS 60 Le tracé géométrique

S 61 Les formes de représen-

tation : le croquis et le

dessin technique

S 73 Les standards et repré-

sentations : les schémas

et les symboles

Fiches BOÎTE À OUTILS*

BO 2 Comment résoudre des

problèmes


• Un contenant de plastique

de 4 L vide avec son bouchon

(contenant d’eau ou de liquide

lave-glace)


• Un marqueur permanent

• Un bécher de 500 mL

• Un plat à vaisselle d’au moins

5 L de capacité

• De l’eau

Par dyade

• Un entonnoir avec ourlet

(diamètre de 90 mm)

• Trois pièces de bois

• Un fil de fer (cintre)

• Cinq vis n° 8 d’une longueur

de 35 mm

• Quatre membranes élastiques

(ballons de caoutchouc)

• Du papier cartonné

• Du ruban adhésif

• Un collet de métal

de 46,04 mm à 69,85 mm

(1 13/16 po à 2 3/4 po)

• Un collet de métal de 7,94 mm

à 12,7 mm (5/16 po à 1/2 po)

• Des élastiques

• Un tuyau de caoutchouc

5. Le système respiratoire

75 minutes

• Le système respiratoire,

p. 89 à 96

Fiche liée à la SAÉ

Fiche SAVOIRS*



• Le transparent 9

• Un système respiratoire

(trachée, bronches

et poumons)

• Un tube dont le diamètre

est semblable au diamètre

de la trachée

• Un scalpel

• Un squelette

* Les fiches SAVOIRS et BOÎTE À OUTILS peuvent être utilisées au besoin.


CD 1 Chercher des réponses ou des solutions

à des problèmes d’ordre scientifique ou

technologique

Critère 2 Élaboration d’un plan d’action pertinent,

adapté à la situation

Critère 4 Élaboration de conclusions, d’explications

ou de solutions pertinentes

CT 2 Résoudre des problèmes

Critère 6 Qualité du retour sur la démarche

Liens avec le Programme de formation

Autres contenus de formation en Applications technologiqueset scientifiques

Démarches

• Démarche d’observation

• Démarche expérimentale

• Démarche industrielle

Stratégies d’exploration

• Inventorier le plus grand nombre possible d’informations scientifiques,

technologiques et contextuelles pouvant être utiles pour cerner un

problème ou prévoir des tendances

• Anticiper les résultats d’une démarche

• Élaborer divers scénarios possibles

• Explorer diverses pistes de solutions

Stratégies d’analyse

• Déterminer les contraintes et les éléments importants pour la résolution

d’un problème

• Diviser un problème complexe en sous-problèmes plus simples

• Faire appel à divers modes de raisonnement (ex. : inférer, induire, déduire,

comparer, classifier, sérier) pour traiter les informations

Attitudes intellectuelles

• Considération de solutions originales

• Rigueur intellectuelle

• Sens du travail méthodique

• Curiosité

Attitudes comportementales

• Sens du travail soigné

• Coopération efficace

• Souci de la santé et de la sécurité

• Sens des responsabilités

Techniques

• Utilisation sécuritaire de matériel de laboratoire

• Utilisation d’instruments de mesure

• Utilisation sécuritaire des machines et des outils (scie à ruban, perceuse,

ponceuse, marteau, tournevis, pinces, etc.)

• Mesurage et traçage

• Montage et démontage

Évaluation


Réseau de concepts Ce réseau présente les liens établis entre les concepts ciblés par la SAÉ.

peuvent être dépend de

comme les

Dans un sytème fermé, la pression

est

au volume : lorsque le volume

, la pression .

Dans un sytème ouvert, les gaz se

déplacent d’un milieu de

pression vers un milieu de

pression.

et se déroule dans le système

Ce phénomène se nomme

qui est composé de

selon l’équation

comme les

Les fluides La pression

•

•

•

•

•

•

•

•

incompressibles

diffusion

respiratoire

inversement proportionnelle

diminue

haute

basseaugmente

fosses nasales

pharynx

larynx

trachée

bronches

poumons

bronchioles

alvéoles

dont la

est mesurée avec

capacité pulmonaire

un spiromètre

compressibles

liquides gaz

force appliquée aire de la surface

=PF

A


Préparation

1. Présentation de la SAÉAvoir du souffle

But

Vérifier les connaissances actuelles des

élèves sur le système respiratoire et les

principes qui le régissent, et leur présenter

la tâche finale.

En groupe classe

20 minutes

Fiches liées à la SAÉ

8.1 Présentation de la SAÉ


SYNERGIE • Avoir du souffle Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 2

NOM : GROUPE : DATE :

ATS

Présentation de la

Avoir du souffle

SAÉ 8

Concepts en lien avec cette SAÉ

Univers vivant• Système respiratoire (fosses

nasales, pharynx, trachée,bronches, poumons)

Univers matériel• Pression• Relation entre pression

et volume• Fluides compressibles

et incompressibles• Modèle particulaire

Univers technologique• Tracés géométriques• Formes de représentation

(croquis)• Standards et représentations

(schémas, symboles)• Liaisons types des pièces

mécaniques

1. Comment expliquer la différence de compressibilité entrel’air et l’eau contenus dans les bouteilles de la photo 1?

2. Au cours de la respiration artificielle (photo 2), l’air est poussé dans les poumons. Selon vous, par quelmécanisme l’air entre-t-il dans les poumons lorsque nous respirons normalement?

3. Pourquoi est-on essoufflé après une activité physiqueintense (photo 3) ?

4. Comment appelle-t-on l’appareil qui sert à mesurer lacapacité respiratoire ?

Matièreà d iscuss ion

Concevoir un appareil qui permet de mesurer la capacité respiratoire.

Réalisation proposée

Fiche 8.11/2

L’air et l’eau contenus dans ces bouteilles se comportent

différemment lorsqu’on les comprime.

La respiration

artificielle.

Après une course intense, il est normal

d’être essoufflé.

2

1

3

Déroulement

• Inviter les élèves à lire la page 1 de la fiche 8.1. Présentation de la SAÉ.

• Afin de vérifier les connaissancesdes élèves, leur demander derépondre aux questions de larubrique « Matière à discussion ».Leur préciser qu’il est normal, àcette étape, de ne pas avoir toutesles réponses à ces questions et queles activités de la SAÉ leur permet-tront de répondre à plusieursd’entre elles. (Voir le corrigé decette rubrique à la page 23 duprésent guide.)

• À l’aide de la page 2 de la fiche 8.1,exposer le déroulement de la SAÉaux élèves en décrivant brièvementles activités qui seront réalisées etla tâche finale.

• Distribuer la fiche 8.9 aux élèveset leur expliquer les critères quiseront utilisés pour évaluer leursapprentissages. Leur préciser quecette fiche pourra leur servir defiche d’autoévaluation.

SYNERGIE • Guide d’accompagnement pédagogique 10 Reproduction interdite © Les Éditions de la Chenelière inc.

Réalisation

2. Fluide ou pas fluide

But

Amener les élèves à distinguer les sub-

stances qui sont des fluides de celles

qui n’en sont pas, et à faire la différence

entre un fluide compressible et un fluide

incompressible.

En dyade et en groupe classe

55 minutes

Pages du manuel

• Les fluides, p. 279 et 280, 286 et 287


8.2 Les fluides

Fiche SAVOIRS

S 53 Les fluides compressibles et

incompressibles

Matériel


• Trois fois 12 éprouvettes (pour une classe

de 36 élèves maximum) remplies des

substances suivantes : sable, eau, air,

pâte à modeler, huile, farine, miel, riz,

sucre (ou sel), savon à vaisselle, ketchup,

pois (ou lentilles)

• Une grosse seringue remplie d’eau colo-

rée avec son bouchon

• Une grosse seringue remplie d’air avec

son bouchon

• Deux supports universels

Déroulement Démarche d’observation

Stratégie d’exploration Anticiperles résultats d’une démarche

Stratégie d’analyse Faire appel àdivers modes de raisonnement (parexemple, inférer, induire, déduire,comparer, classifier, sérier) pourtraiter les informations

• Inviter les élèves à former desdyades, puis distribuer la fiche 8.2. Définir ce qu’est unfluide sans donner d’exemple nispécifier que les liquides et les gazsont des fluides. Un fluide est unesubstance qui n’a pas de formedéfinie, qui peut s’écouler danstoutes les directions et qui adoptela forme de son contenant.

• Diviser préférablement la classeen trois groupes et distribuer à

chaque groupe chacun des 12 échantillons en les répartissant entre lesdyades (il y aura 4 échantillons par groupe).

• Laisser ensuite les dyades remplir le tableau de la fiche 8.2. Une fois queles élèves auront inscrit leurs réponses dans les cases correspondant auxéchantillons reçus, faire une rotation des produits avec les autres dyadesdu même groupe afin que toutes aient la chance d’observer une foischacune des substances pour remplir le tableau.

• Demander aux élèves de répondre aux autres questions de la fiche 8.2.Vérifier les résultats en groupe classe.

• À l’aide des réponses fournies par les élèves, conclure cette partie d’activitéen expliquant que tous les liquides et tous les gaz sont des fluides, alorsque les solides ne sont pas des fluides. Préciser que même si les liquides etles gaz sont des fluides, ils se comportent différemment.

• Pour démontrer le concept de compressibilité des fluides, faire la démons-tration suivante :– Prendre deux grosses seringues (avec leur bouchon) montées chacune

sur un support universel (l’une remplie d’eau colorée et l’autre d’air).– Demander à une ou à un élève d’appuyer sur le piston des seringues pour

y comprimer les fluides. L’élève réussira à comprimer le gaz (air) mais neréussira pas à comprimer le liquide (eau).

– Conclure avec les élèves que les liquides sont incompressibles tandis queles gaz sont compressibles.


Fiche8.2


ATS

Les fluides

1. Donnez trois caractéristiques que doit posséder une substance pour être considéréecomme un fluide.

2. Donnez quelques exemples de substances qui, selon vous, sont des fluides.

3. Observez les substances suivantes et remplissez le tableau en cochant la ou les case(s)appropriée(s).

4. Sous quel(s) état(s) sont les fluides?

5. Sous quel(s) état(s) sont les substances non fluides?

6. Pourquoi le sucre (ou le sel) n’est-il pas un fluide?

7. Quelle caractéristique partage-t-il avec les fluides?

Sable

Eau

Air

Pâte à modeler

Huile

Farine

Miel

Riz

Sucre (ou sel)

Savon à vaisselle

Ketchup

Pois (ou lentilles)

Substances

Caractéristiques de la substance La substance est :

S’écoule dans toutes

les directions

N’a pas deforme définie

Adopte la forme de

son contenantUn fluide Pas un fluide

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

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✓

✓

✓

✓

✓

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✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

C O R R I G É

Liquide et gazeux.

Solide.

Il a une forme définie.

Il peut être versé : il s’écoule.

Elle s’écoule dans toutes les directions.

Elle n’a pas de forme définie.

Elle adopte la forme de son contenant.

Réponses variables. Exemples : Eau, huile, vinaigre, air, miel, etc.


• En groupe classe, tenter d’expli-quer ce phénomène. En se basantsur la notion de modèle particu-laire, les élèves devraient être enmesure de dire que l’air est com-pressible parce que les particulesdu gaz sont éloignées les unes desautres, alors que l’eau est incom-pressible parce que les particulesdes liquides sont très rapprochées.Si les élèves n’arrivent pas à cetteconclusion, expliquer le concept decompressibilité à l’aide du modèleparticulaire (manuel, p. 226,illustration 23).

• Concept (manuel, p. 279 et 280,286 et 287) Résumer aux élèvesles caractéristiques propres à unesubstance fluide compressible ouincompressible (fiche S 53).

Variante

Demander aux élèves de répondre à

la question 1 et aux questions 10 à 13 de

la rubrique « Pour faire le point », aux

pages 289 et 290 du manuel.

• Pour les groupes d’élèves qui auraient

de la difficulté à faire en équipe le

classement des différentes substances,

l’enseignante ou l’enseignant pourra faire

l’activité en démonstration avec eux.

Différenciation

Pour gagner du temps• Au lieu de faire la démonstration de

la compressibilité des fluides avec

les seringues, utiliser deux bouteilles

d’eau avec leur bouchon : l’une vide

et l’autre remplie d’eau. Il est possible

de compresser celle qui est vide en la

serrant dans la main, mais pas celle

qui est pleine d’eau.

• De façon théorique et à l’aide du

manuel, présenter aux élèves les

concepts de fluides compressibles

et de fluides incompressibles, et leur

demander d’en faire un résumé en

utilisant la fiche S 53.


SYNERGIE • Avoir du souffleReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 5 ATS

La pression, la force appliquée et l’aire

Partie 1 : Relation pression-aire de contact

But de l’expérimentationDéterminer la relation entre la pression et l’aire de la surface de contact.

Soit les objets suivants : éprouvette, punaise, stylo à bille et tige agitatrice.Pour une même force appliquée, lequel transperce le plus facilement unverre de styromousse? Classez ces objets par ordre croissant (du plusdifficile au plus facile) selon la facilité avec laquelle ils transpercent le verre.

Hypothèse

Protocole expérimental

Matériel• Un verre de styromousse • Un stylo à bille• Une éprouvette• Une punaise• Une tige agitatrice• Une masse de 100 g

Manipulations

1. Placer le verre de styromousse à l’envers sur une surface telle qu’un bureau.

2. À tour de rôle, placer chacun des objets sur le fond du verre et déposer la masse de 100 g sur l’objet (dans le but d’exercer une force constante pour chacun des objets) en prenant soin de n'exercer aucune force additionnelle.

3. Vérifier si l’objet exerce suffisamment de pression pour transpercer le verre ou non. Si oui, déterminer la facilité avec laquelle l’objet le fait, afin de pouvoir comparer lesobjets entre eux.

4. Noter les observations.

Fiche 8.31/4


Question

C O R R I G É

Réponses variables. Exemple : Je suppose que ce sera l’éprouvette, la tige agitatrice, le

stylo à bille et la punaise, car plus l’objet est pointu, plus il devrait transpercer le verre

facilement.

3. La pression, la forceappliquée et l’aire

But

Faire découvrir aux élèves la relation qui

existe entre la pression, la force appliquée

et l’aire de la surface sur laquelle la force

s’exerce.

En groupe classe et en dyade

75 minutes

Pages du manuel

• La pression, p. 280 à 284


8.3 La pression, la force


Fiche SAVOIRS

S 52 La pression

Matériel

Par dyade

• Un verre de styromousse

• Une punaise

• Un stylo à bille

• Une éprouvette

• Une tige agitatrice

• Une masse de 100 g

• Un carton de lait vide (2 L)

• Un objet pointu de type crayon à mine

• Du ruban adhésif large

• Un évier ou un grand contenant

Déroulement Démarche expérimentale

Technique Utilisation sécuritairedu matériel de laboratoire

Attitudes comportementalesSouci de la santé et de la sécurité,coopération efficace

Attitudes intellectuelles Sens dutravail méthodique, curiosité

Remarques

• Avant d’amorcer cette activité de laboratoire, s’assurer de donner préalablement un coursmagistral aux élèves sur ce qu’estla pression et sur la façon dont onpeut la calculer.

• Présenter au groupe classe chaqueobjet mentionné dans la fiche 8.3et demander aux élèves ce que cesobjets ont de différent. Les réponsespeuvent varier grandement. Faireressortir la surface de contactcomme élément de différence : ellesera au centre de l’activité à venir.

• Questionner les élèves : En sachantqu’il vous faut transpercer le verrede styromousse, avec quel objet

serait-il le plus facile de le faire ? le plus difficile de le faire ? Les réponsesvarieront selon les connaissances des élèves.

• Distribuer la fiche 8.3. Inviter les élèves à former des dyades et à réaliserla partie 1 de cette activité de laboratoire. En groupe classe, vérifier lesréponses de cette partie.

• À l’aide du manuel, conclure cette partie d’expérimentation en expliquantaux élèves que, pour une force constante, plus la surface de contact estgrande, plus la pression est petite, car la force est distribuée sur toute lasurface. On dit que la pression est inversement proportionnelle à l’aire dela surface sur laquelle elle s’applique.

• Préciser aux élèves que, dans la partie 1, la force appliquée était constanteet qu’on a fait varier l’aire de la surface de contact pour déterminer l’in-fluence de ce paramètre sur la pression. Annoncer que, dans la partie 2, ilsferont varier la force en gardant l’aire de la surface de contact identique.

• Inviter les élèves à réaliser la partie 2 de cette activité de laboratoire àl’aide de la fiche 8.3.

• Au besoin, faire un lien avec la partie 2 du laboratoire et les limitations deprofondeur des sous-marins. Expliquer que, s’ils dépassent leur profondeurlimite, les sous-marins peuvent imploser sous l’effet de la pression devenue


trop grande. Établir le lien avecla hauteur de la colonne d’eau et la force appliquée. Présenterl’exemple suivant pour illustrer le lien entre la pression et la dou-leur au tympan de l’oreille : plus on plonge en profondeur, plus lapression de l’eau est grande et plus cette dernière pousse sur letympan. Le plongeur doit pousserde l’air par sa trompe d’Eustachedans l’oreille moyenne pour réta-blir l’équilibre de pression de partet d’autre du tympan.

• En groupe classe, vérifier lesréponses de la partie 2 de lafiche 8.3. À l’aide du manuel,conclure que, pour une aire decontact donnée, plus la force appli-quée est grande, plus la pressionest élevée. Faire observer qu’ils’agit d’une relation directementproportionnelle.

• Il sera probablement nécessaire deguider les élèves pour qu’ils puissenténoncer la formule établissant larelation entre la force appliquée,l’aire et la pression.

• Concept (manuel, p. 280 à 284)Résumer aux élèves le concept de pression (fiche S 52,questions 1 à 5).

SYNERGIE • Avoir du souffle Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 6ATS

Résultats

Tableau 1 Classement de divers objets par ordre croissant (du plus difficile au plusfacile) de facilité de perçage

Fiche 8.32/4


1

2

3

4

Ordre croissant Objets utilisés pour le perçage

Analyse des résultats

1. Dans cette activité de laboratoire, quel objet a transpercé le plus facilement le verre de styromousse (a exercé la plus grande pression sur le verre) ?

2. Quelle caractéristique le distingue des autres?

3. Y a-t-il un ou des objets qui n’ont pas transpercé le verre de styromousse? Si oui,lequel ou lesquels ?

4. Pourquoi, selon vous?

5. Si on changeait la masse de 100 g pour une masse plus importante, pensez-vous que les objets qui n’ont pas réussi à transpercer le verre pourraient le faire? Justifiez votre réponse.

Conclusion

6. Selon les résultats que vous avez obtenus, pouvez-vous confirmer votre hypothèse dedépart ? Justifiez votre réponse.

7. Complétez les phrases à l’aide des mots suivants : concentrée, grande, inversement,petite, pression, répartie, surface. Attention : deux de ces mots apparaissent deux fois.

a) Pour une force constante, plus la surface de contact est , plus

la pression est car la même force est plus .

C O R R I G É

ÉprouvetteTige agitatriceStylo à bille

Punaise

C’est l’objet le plus pointu de tous, donc celui qui a la plus petite surface de contact.

La tige agitatrice et l’éprouvette.

La punaise.

Parce que leur surface de contact avec le verre est plus grande que celle du stylo

à bille et de la punaise.

Oui, car si on appliquait une plus grande force, on pourrait perforer le verre. (Note :

Même s’ils n’ont pas encore réalisé la partie 2, qui traite de la pression en fonction

de la force appliquée, les élèves peuvent intuitivement penser qu’une augmentation

de la force appliquée entraînera une augmentation de la pression.)

Réponses variables selon l’hypothèse de départ.

grande

petite répartie

Variantes

• La partie 2 de la fiche 8.3 pourrait être

réalisée sous la forme suivante :

Matériel :

– Trois béchers de 50 mL

– Trois masses différentes (10 g, 30 g et 50 g)

– Un bac de sable (ou de sel)

Déposer les trois béchers contenant

chacune des masses sur le sable.

Les retirer et observer les empreintes.

Noter les observations.

• Inviter les élèves à répondre aux ques-

tions 2 à 7 de la rubrique « Pour faire le

point », aux pages 289 et 290 du manuel.

Pour gagner du temps• Faire les activités de la fiche 8.3 en

démonstration.

• En devoir, préalablement percer les car-

tons de lait et installer le ruban adhésif.


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4. La pression, unequestion de volume ?

But

Amener les élèves à établir une relation

entre la pression et le volume des fluides

compressibles. Leur faire comprendre le

principe de la diffusion à l’aide de la varia-

tion de volume dans un système ouvert,

et ce, en utilisant le modèle particulaire.

En dyade et en groupe classe

75 minutes

Pages du manuel

• La pression et la théorie particulaire,

p. 284 à 286

• La relation entre la pression et le volume

des fluides compressibles, p. 287 à 289


8.4 La pression et le

volume d’un gaz

8.5 La pression et le volume

en système ouvert


Fiches SAVOIRS

S 52 La pression

S 54 La relation entre pression et volume

Fiches BOÎTE À OUTILS

BO 1 Comment travailler en toute sécurité

BO 5 Comment présenter un rapport de

laboratoire

BO 6 Comment présenter des résultats

scientifiques

Matériel

Par dyade

• Une seringue de 35 mL remplie d’air

avec son bouchon


• Un manomètre à cadran

DéroulementDémarche expérimentale

Technique Utilisation d’instrumentsde mesure

Attitude intellectuelle Rigueurintellectuelle

• Rappeler aux élèves qu’ils ont déjàtenté, avec succès, de comprimerun gaz (l’air) au début de la SAÉ(voir l’activité 2). Leur annoncerque cette activité leur permettra de déterminer la relation qui existeentre la pression et le volume d’un gaz.

• Pour évaluer la CD 1, inviter lesélèves à lire les critères d’évaluationsur la fiche 8.9.

• Inviter les élèves à former desdyades et à réaliser l’activité delaboratoire de la fiche 8.4.

• Vérifier les réponses des élèves engroupe classe. Conclure que la pres-sion est inversement proportionnelleau volume.

Remarque

• Il est important de s’assurer qu’il n’ya pas de fuite sur le montage de laseringue pour avoir des résultatssignificatifs.

SYNERGIE • Avoir du souffleReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.

La pression et le volume d’un gaz

But de l’expérimentation

Vérifier comment la pression d’un gaz varie en fonction de son volume.

De quelle façon se comporte le volume d’un gaz lorsqu’on exerce unepression sur ce dernier ?

Hypothèse


Matériel• Un tube flexible• Un manomètre à cadran

Manipulations1. Brancher le tube flexible à l’extrémité de la seringue. Retirer le piston de la seringue à

son volume maximum. 2. Noter le volume de gaz et la pression indiquée par le manomètre dans le tableau des

résultats.3. Presser sur le piston de la seringue pour réduire le volume de 5 mL. Noter le volume

de gaz et la pression indiquée par le manomètre.4. Répéter l’étape 3 jusqu’à ce qu’il ne soit plus possible de diminuer le volume de 5 mL.

Résultats

La variation de pression d’un gaz (air) en fonction de son volume

À partir des données présentées dans le tableau des résultats, tracez un diagramme de la pression en fonction du volume sur une feuille quadrillée. Donnez un titre à votrediagramme.

9


ATS

Fiche 8.41/2

Question

Volume (mL) Pression (kPa) (air)

105

115

140

175

240

30

25

20

15

10

C O R R I G É

Réponses variables. Exemple : Je suppose que le volume du gaz diminue puisque les

gaz sont des fluides compressibles.

Note : La courbe devrait être analogue à celle de l’illustration 119 (manuel, p. 288).

• Pour les élèves qui ont plus de difficulté à

effectuer les manipulations, l’enseignante

ou l’enseignant pourrait faire le laboratoire

en démonstration et les élèves pourraient

prendre les mesures déterminées.

Différenciation

Variantes

• Faire cette activité sous forme de

démonstration en utilisant un ensemble

de démonstration de la loi de Boyle

(disponible chez les fournisseurs de

matériel scientifique). Cette démons-

tration sera particulièrement utile si les

résultats de l’expérimentation de certains

élèves sont peu concluants (à cause

d’une fuite sur le montage, par exemple).

• Pour démontrer la relation entre la pres-

sion et le volume d’un fluide compres-

sible, gonfler légèrement un ballon

de caoutchouc, le placer sous une cloche

à vide et faire varier la pression dans

la cloche. Le vide fera gonfler le ballon et

le retour à une pression normale le fera

dégonfler.


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L’air

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• Inviter les élèves à réaliser l’activitéde laboratoire de la fiche 8.5.Vérifier les réponses des élèves et, à l’aide du modèle particulaire,conclure en expliquant le déplace-ment des fluides d’un milieu dehaute pression vers un milieu deplus basse pression.

• On peut faire allusion aux ventsplus forts qui soufflent lors de larencontre d’un front froid (hautepression) et d’un front chaud (bassepression) en météorologie.

• Concept (manuel, p. 284 à 286)Résumer aux élèves les conceptsrelatifs à la pression et à la théorieparticulaire (fiche S 52, questions 6et 7).

• Concept (manuel, p. 287 à 289)Résumer aux élèves le concept de la relation entre la pression et levolume des fluides compressibles(fiche S 54).

Pistes d’évaluationChercher des réponses ou des solutions à des problèmesd’ordre scientifique ou technologique

À la fin de l’activité, demanderaux élèves de remettre lafiche 8.4 dûment remplie.Utiliser les réponses fourniesdans les sections « Résultats » et « Analyse des résultats » pournoter les observations sur la fiche 8.9.

Critères d’évaluation : 3 et 4

CD 1

On peut utiliser des logiciels de traitement

de texte ou des tableurs pour tracer les

diagrammes et rédiger le rapport de

laboratoire.

TIC


3. Expliquez le déplacement d’air obtenu dans vos résultats en vous servant du modèleparticulaire.

4. Comment se nomme le déplacement d’un gaz d’un milieu de haute pression vers unmilieu de plus basse pression ?

Conclusion

5. Selon les résultats obtenus, diriez-vous que votre hypothèse de départ était juste?Justifiez votre réponse.

6. Complétez la phrase à l’aide des mots suivants : basse, déplacement, diffusion, haute.

La est le des particules d’un gaz d’une

région de pression vers une région de

pression.


NOM : GROUPE : DATE : Fiche 8.52/2

C O R R I G É

diffusion déplacement

bassehaute

Réponses variables selon l’hypothèse de départ.

La diffusion.

Quand le volume dans la seringue augmente, la pression à l’intérieur de la seringue

diminue. La pression atmosphérique est alors plus grande que la pression dans la

seringue. L’air se déplace d’un milieu de haute pression vers un milieu de basse

pression : l’air entre. Quand le volume dans la seringue diminue, la pression à

l’intérieur de la seringue augmente. La pression à l’intérieur de la seringue est plus

grande que la pression atmosphérique. L’air se déplace d’un milieu de haute

pression vers un milieu de basse pression : l’air sort.


5. Le système respiratoire

But

Amener les élèves à comprendre le rôle des

structures du système respiratoire.

En groupe classe

75 minutes

Pages du manuel

• Le système respiratoire, p. 89 à 96

Fiche SAVOIRS


Matériel


• Le transparent 9

• Un système respiratoire (trachée,

bronches et poumons) provenant

d’un abattoir ou d’un fournisseur

de matériel scientifique

• Un tube dont le diamètre est semblable

au diamètre de la trachée

• Un scalpel

• Un squelette

Déroulement• Mentionner que l’activité portera

sur l’anatomie et la physiologie dusystème respiratoire, et préciserque ce système fonctionne en res-pectant les principes liés à la pres-sion des fluides compressibles et àla diffusion des gaz.

• Afin d’animer de façon plus dyna-mique cette partie plus théorique,il est possible d’utiliser le transpa-rent 9, qui porte sur le systèmerespiratoire.

• Il est également possible d’utiliserun squelette et de lui soulever lescôtes pour illustrer les mouve-ments respiratoires.

• Pour faire visualiser les structures,se procurer une partie du systèmerespiratoire (trachée, bronches etpoumons) et, en insérant un tubedirectement dans la trachée, souf-fler pour faire gonfler une sectiond’un poumon. Il est également possible d’utiliser un compresseursi on ne veut pas souffler directe-ment dans le tube relié à la trachée.

• Il est important de faire le lienentre les mouvements respiratoireset les laboratoires sur la relationpression-volume et sur la diffusiondes gaz. Poser les questionssuivantes aux élèves pour lesguider dans leurs apprentissages :Quel déséquilibre devons-nous créer pour que l’air puisse se dirigervers l’intérieur des poumons ?(Un déséquilibre de pression : ilfaut que la pression à l’intérieurdes poumons soit plus basse quecelle à l’extérieur.) Comment dimi-nuer la pression dans les poumons ?(En augmentant le volume despoumons.) De quelle façon ?(En contractant les musclesintercostaux, ce qui provoque lesoulèvement des côtes, et parl’abaissement du diaphragme.)

• Concept (manuel, p. 89 à 96)Résumer aux élèves le concept desystème respiratoire (fiche S 15).

Remarques

• Au besoin, utiliser le lien Internetsuivant pour présenter un logicielqui montre, entre autres, le fonc-tionnement du diaphragme:http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/pulmo/pulmo.htm

• Au besoin, utiliser le lien Internetsuivant pour expliquer ce qui sepasse au niveau des alvéoles :http://www.biologieenflash.net/sommaire.html


6. À bout de souffle

But

Amener les élèves à prendre conscience

des facteurs qui influent sur la capacité

pulmonaire, puis à fabriquer un spiromètre

en appliquant la démarche technologique

de conception.

En groupe classe, en dyade

et individuellement

300 minutes

Pages du manuel

• L’ingénierie (le cahier des charges), p. 320

• Le croquis et le dessin technique, p. 324

• Les schémas et les symboles, p. 343 à 349

• Comment appliquer la démarche

technologique de conception, p. 478


8.1 Présentation de la SAÉ

8.6 La capacité pulmonaire

8.7 Le spiromètre

8.8 Le modèle d’un spiromètre



8.11 Retour sur les savoirs

Fiches SAVOIRS

S 60 Le tracé géométrique

S 61 Les formes de représentation :

le croquis et le dessin technique

S 73 Les standards et représentations :

les schémas et les symboles

Fiche BOÎTE À OUTILS

BO 2 Comment résoudre des problèmes

Matériel


• Un contenant de plastique de 4 L vide

avec son bouchon (contenant d’eau

ou de liquide lave-glace)


• Un marqueur permanent

• Un bécher de 500 mL

• Un plat à vaisselle d’au moins 5 L

de capacité

• De l’eau

Par dyade (à titre de suggestion)

• Un entonnoir avec ourlet (diamètre

de 90 mm)

• Trois pièces de bois


• Cinq vis n° 8 d’une longueur de 35 mm

• Quatre membranes élastiques (ballons

de caoutchouc)



• Un collet de métal de 46,04 mm à

69,85 mm (1 13/16 po à 2 3/4 po)

• Un collet de métal de 7,94 mm à 12,7 mm

(5/16 po à 1/2 p0)

• Des élastiques


Intégration etréinvestissement

DéroulementDémarche d’observation

Démarche technologique de conception

Stratégies d’exploration Inventorier le plus grand nombre possibled’informations scientifiques, technologiques et contextuelles pouvant être utiles pour cerner un problème ou prévoir des tendances, anticiper lesrésultats d’une démarche, élaborer divers scénarios possibles, explorerdiverses pistes de solutions

Stratégies d’analyse Déterminer les contraintes et les éléments importantspour résoudre un problème, diviser un problème complexe en sous-problèmes plus simples, faire appel à divers modes de raisonnement (ex. : inférer, induire, déduire, comparer, classifier, sérier) afin de traiterles informations

Attitudes intellectuelles Considération de solutions originales, rigueurintellectuelle, sens du travail méthodique

Attitudes comportementales Sens du travail soigné, coopération efficace

Techniques Utilisation sécuritaire des machines et des outils (scie à ruban,perceuse, ponceuse, marteau, tournevis, pinces, etc.) ; mesurage et traçage ;montage et démontage.

Présentation des concepts

• Dans un premier temps, faire un bref retour sur les photos de la premièrepage de la fiche 8.1, puis définir le concept à l’étude : La capacité pulmo-naire est le volume maximal d’air qui peut être inspiré. Il s’agit de la sommede la capacité vitale (l’air inspiré) et de la capacité résiduelle (l’air qui restedans les voies respiratoires à la suite de l’expiration). On mesure la capacitépulmonaire à l’aide d’un spiromètre.

• Afin d’illustrer ce concept, distribuer la fiche 8.6 aux élèves. Leur demanderde poser une hypothèse qui met en relation la capacité pulmonaire et le sexede l’individu, et de l’inscrire à l’endroit prévu à cet effet sur la fiche.

• Réaliser le laboratoire en démonstration.

Montage :

Graduer le contenant de 4 L en le remplissant progressivement d’eau àl’aide du bécher de 500 mL. Faire une petite marque avec le marqueurpermanent sur le contenant pour chaque volume ajouté. Boucher lecontenant de 4 L. Retourner le contenant de 4 L à l’envers dans le plat à vaisselle qui contient déjà un peu d’eau. Retirer le bouchon sous l’eau et introduire le bout du tube flexible dans le contenant de 4 L.

• Expliquer le fonctionnement du prototype aux élèves :

La pression de l’eau du système est en équilibre avec la pression de l’airdans la classe (environ 101,3 kPa). En effet, l’air à l’extérieur du contenantexerce une pression sur l’eau dans le plat à vaisselle, ce qui empêche l’eaudu contenant de s’échapper. Lorsqu’on souffle dans le tube flexible, onmodifie l’équilibre de la pression. L’air introduit dans le contenant aug-mente la pression dans celui-ci ; il chasse l’eau qui est expulsée dans le platà vaisselle. On peut alors mesurer le volume d’air emprisonné : c’est lacapacité pulmonaire d’un individu.

• Demander aux élèves de remplir la page 1 de la fiche 8.6. Ils doivent poser unehypothèse qui met en relation la capacité pulmonaire et le sexe de l’individu.

• Demander à quatre élèves, masculins et féminins, de faire le test.

• Devant la classe, dresser un tableau des résultats. Ce tableau devrait compor-ter deux colonnes : l’une servira à inscrire la capacité pulmonaire des filles,l’autre, celle des garçons.




ATS

Fiche 8.62/2

Résultats

Tableau 1 La capacité pulmonaire


La capacité pulmonaire

1. La quantité d’air expiré mesurée représente-t-elle le volume d’air total quecontenaient les poumons? Justifiez votre réponse.

2. a) Si on évalue qu’on peut expirer 80% du volume d’air total que contiennent lespoumons, quel serait alors (en moyenne) le volume total que pourraient contenirles poumons chez les garçons?

b) Chez les filles ?

3. Quels sont les facteurs qui peuvent influencer la capacité pulmonaire?

Analyse du prototype

4. Dressez la liste des limites du prototype utilisé dans la démonstration.

Individu Capacité pulmonaire des filles (L) Capacité pulmonaire des garçons (L)

1

2

3

4

Moyenne des résultats

C O R R I G É

Non. Puisque les poumons, les bronches et les autres éléments du système

respiratoire ne s’affaissent pas complètement, il reste toujours de l’air dans les voies

respiratoires après chaque expiration.

Réponses variables en fonction de la moyenne obtenue par les garçons évalués

en classe (environ 5,9 L).

Réponses variables en fonction de la moyenne obtenue par les filles évaluées en

classe (environ 4,4 L).

Le sexe, la taille, l’âge, l’hygiène pulmonaire, l’hérédité, etc.

Nécessite de 4 à 5 L d’eau ou d’un autre liquide (matière incompressible) ;

Système ouvert obligatoire ;

Difficile à transporter ;

Plutôt volumineux (besoin d’un évier ou d’un bac) ;

Les graduations sont imprécises (au 500 mL près) ;

Peu hygiénique.

Variante

Réaliser cette activité avec tous les groupes

de science de l’école et y joindre quelques

questions dans le but de compiler des

statistiques sur le sujet, par exemple :

est-ce que l’individu fume ? est-ce qu’il

fait beaucoup d’exercice ? etc.

DGF

Santé et bien-êtreAmener les élèves à discuter des problèmesqui peuvent affecter le système respira-toire. Distinguer les problèmes qui peuventdécouler de leurs choix personnels et ceuxqui découlent d’une condition intrinsèqueou de leur milieu. Demander s’il y a desélèves dans la classe qui souffrent d’asthmeet discuter de la façon de réduire les symp-tômes. Discuter de l’importance d’avoir uncomportement sécuritaire si on travailledans des milieux poussiéreux, par exempledans des mines d’amiante ou de charbon,ou dans le domaine de la construction.Évoquer des cas concrets : par exemple,celui des personnes exposées aux pous-sières de plâtre. Amener les élèves à s’inter-roger sur leur condition physique et sur ce qu’ils pourraient faire pour améliorerleur santé respiratoire.

Liens avec une autre discipline• Mathématique

Cette activité peut servir à établir des liens

avec le champ statistique du programme

de mathématique. En effet, il est possible

de préparer un questionnaire où l’on

retrouverait, par exemple, l’âge, le sexe, le

poids, la grandeur, en plus des mesures

de capacité pulmonaire et de rythme respi-

ratoire. On pourra par la suite demander

aux élèves de représenter graphiquement

ou sous forme de tableaux les données

amassées et d’analyser les résultats pour

en tirer des conclusions.

• Inviter tour à tour les élèvesdésignés à prendre la plus grandeinspiration possible et à expirer aumaximum dans le tube. Ensuite,mesurer et noter le volume d’airexpiré en litres. À partir de cesrésultats, demander aux élèves deprendre quelques minutes pourremplir la deuxième page de lafiche 8.6.

• En groupe classe, corriger lafiche 8.6. Comparer les moyennesobtenues et préciser que le sexen’est pas le seul facteur qui influesur la capacité pulmonaire. (Il ya aussi la condition physique etl’état de santé général, la taille,l’âge, l’hygiène pulmonaire,l’hérédité, etc.)

• À partir des réponses à la ques-tion 4, discuter avec les élèves deslimites du prototype expérimenté.L’appareil construit en démons-tration nécessite la présence d’unegrande quantité de fluides incom-pressibles comme l’eau. Le systèmedoit obligatoirement être ouvertpour que l’eau puisse être expul-sée. L’appareil est plutôt volu-mineux et requiert un évier ou un bac. Il n’est pas portatif.L’embouchure étant irremplaçableou difficile à nettoyer, l’appareiln’est pas hygiénique. Ses gradua-tions sont imprécises (au 500 mLprès). Il donne toutefois de l’infor-mation sur la capacité pulmonaired’un individu.


SYNERGIE • Avoir du souffleReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 15


ATS

Fiche 8.71/10

Le spiromètre

Mise en situationL’asthme est une maladie respiratoire chronique et l’une des principales causes d’absentéisme scolaire.Depuis les années 1980, le nombre de personnes asthmatiques a triplé. Cette maladie, qui est due en partieà la présence de polluants dans l’air, affecte plusieurs de vos proches.

Leurs bronches irritées se contractent et rétrécissent, puis elles enflent et produisent un surplus desécrétions ou mucus. Dans leur cas, les précautions liées à l’hygiène sont vitales afin de préserver la santédu système respiratoire. Les personnes asthmatiques doivent porter une attention particulière à leurrespiration. Pour les aider, vous devez mettre au point un prototype qui donne des informations sur lacapacité pulmonaire d’un individu.

Votre tâcheVous devez concevoir et fabriquer un spiromètre. Cet appareil permet d’évaluer le volume d’air expiré par un individu à la suite d’une très grande inspiration. N’oubliez pas de respecter les exigences du cahierdes charges.

Cerner le problème

1. Reformulez dans vos mots le problème posé. Quelle fonction précise l’objet techniquedoit-il remplir ?

2. Consultez attentivement le cahier des charges suivant. L’objet technique que vousconcevrez et fabriquerez doit s’y conformer.

Cahier des charges

• L’appareil doit tenir compte du volume d’air expiré. Le résultat devra être chiffré et facile à lire ;

• Les pièces doivent être étanches afin de ne pas laisser l’air s’échapper ;

• L’appareil doit être réutilisable et facile d’emploi ;

• L’appareil doit être portatif ;

• L’appareil doit être hygiénique, c’est-à-dire comporter des embouchures amovibles, nettoyables ou jetables ;

• L’appareil doit être démontable pour en faciliter la réparation.

Pour fabriquer le spiromètre, votre enseignante ou votre enseignant mettra les matériauxsuivants à votre disposition :

• Un entonnoir avec ourlet (diamètre de 90 mm)

• Des pièces de bois


• Des vis

• Quatre membranes élastiques (ballons de caoutchouc)



• Un collet de métal de 46,04 mm à 69,85 mm (1 13/16 po à 2 3/4 po)

• Un collet de métal de 7,94 mm à 12,7 mm(5/16 po à 1/2 po)

• Des élastiques


• ________________________________________

• ________________________________________

C O R R I G É

Concevoir un appareil qui donne des informations sur la quantité d’air que peuvent

contenir les poumons après une expiration profonde.

propositions. Celles-ci constituent des pistes de solution. Leur dire dechoisir un croquis et de le reproduire sur la fiche 8.7. Leur indiquer qu’ilspeuvent améliorer ce croquis en y ajoutant l’une ou l’autre des caractéris-tiques intéressantes des autres croquis. Demander aux élèves de garderles différents croquis réalisés pour les remettre avec la fiche 8.7 à la finde la tâche. Au besoin, réactiver les connaissances des élèves sur lesconcepts relatifs aux tracés géométriques et aux formes de représentation(pages 324 et 327 du manuel), en particulier ceux qui ont trait aux diffé-rences entre le croquis et le dessin technique (fiche S 61).

B. Le schéma de principe

• Inviter les dyades à répondre aux questions 4 et 5 de la fiche 8.7 et àréaliser le schéma de principe de leur spiromètre. Circuler dans la classepour répondre aux questions des élèves pendant qu’ils travaillent. À la finde la tâche, leur demander de remettre leur schéma pour le faire valider.Au besoin, réactiver les connaissances des élèves sur les symboles norma-lisés en mécanique parallèlement avec la démarche de réalisation desschémas de principe et de construction (fiche S 73). Un résumé est pré-senté aux pages 510 et 511 de la section « La boîte à outils » du manuel.

• La fiche 8.8 présente le schéma de principe d’un spiromètre. Au besoin,utiliser ce schéma à titre d’exemple.

Le problème

• Distribuer la fiche 8.7 aux élèves.Exposer le problème lié à laconception et à la fabrication d’un spiromètre à l’aide de la miseen situation. Leur demander derépondre à la question 1 de la fiche.

• Présenter le cahier des charges auxélèves. Leur rappeler qu’ils devrontrespecter les exigences de ce cahiertout au long de leur démarche deconception. S’assurer qu’ils onttous compris les contraintes duproblème. Au besoin, réactiverleurs connaissances antérieures surle concept de cahier des charges(Rappel, page 320 du manuel).

• Inviter les élèves à se réapproprierla démarche technologique deconception, à la page 478 dumanuel. Réviser les différentesétapes de ce processus avec eux.Leur indiquer que la fiche 8.7 leurpermettra de suivre pas à pas cettedémarche et de revenir sur les dif-férentes étapes, au besoin, pouraméliorer leur travail de concep-tion et de fabrication.

• Survoler les questions de lafiche 8.7 avec les élèves afind’apporter des précisions concer-nant le travail demandé. Si l’ondésire que les élèves proposentd’autres matériaux ou si l’on veutsoi-même ajouter des matériaux àcette liste, utiliser l’espace prévuà cette fin sur la fiche 8.7.

• Rappeler aux élèves de consulterla fiche 8.9 pour prendre connais-sance des critères qui serviront àévaluer la tâche finale.

Le plan d’action

A. La recherche et le choix d’une solution (prévoir 45 minutes pour cette étape)

• Demander aux élèves de réaliser,individuellement, deux croquisde l’objet technique. Au besoin,rappeler certains éléments dela démonstration : la capacitépulmonaire est une mesure d’unvolume d’air ; le prototype étaitpeu pratique, car il nécessitait del’eau, etc. L’objet qu’ils construi-ront doit donc donner des infor-mations sur le volume d’air qu’unepersonne peut rejeter lorsqu’ellesouffle très fort ; l’appareil doit êtrepratique et facile à utiliser, etc.

• Inviter les élèves à former desdyades. Leur demander de mettreen commun l’ensemble de leurs




17

Fiche 8.73/10

ATS


4. Examinez votre croquis et répondez aux questions suivantes.

a) Quelles sont les composantes de votre spiromètre?

b) Décrivez les fonctions des composantes de l’objet technique.

c) Quels mouvements effectuent les pièces de votre appareil ?

d) En vous référant aux réponses précédentes, expliquez le fonctionnement global devotre prototype. N’oubliez pas d’utiliser un langage scientifique et technologiqueadéquat.

C O R R I G É

Réponses variables. Par exemple (pour le modèle proposé en annexe) : Un

support en forme de «U », une soufflerie reliée à une membrane de caoutchouc

circulaire, une aiguille et une échelle graduée.

Réponses variables. Par exemple (pour le modèle proposé en annexe) : Le

support permet de soutenir la soufflerie, la soufflerie apporte l’air jusqu’à la

membrane de caoutchouc, la membrane élastique permet d’emmagasiner l’air

expiré, l’aiguille permet d’indiquer le déplacement de la déformation de la

membrane et l’échelle graduée permet de mesurer cette déformation.

Réponses variables. Par exemple (pour le modèle proposé en annexe, voir la

fiche 8.8) : La membrane déformée par le volume de l’air effectue un mouvement

de translation. Elle pousse sur l’aiguille qui suit un mouvement de rotation en se

déplaçant sur l’échelle graduée.

Réponses variables. Par exemple (pour le modèle proposé en annexe, voir

la fiche 8.8) : Après avoir pris une très grande inspiration, l’individu expire

profondément dans l’embout cartonné relié à un tuyau de caoutchouc. Un

volume d’air s’accumule rapidement à l’intérieur de l’entonnoir, ce qui exerce

une force sur la membrane de caoutchouc qui se déforme. Plus l’expiration est

profonde, plus le volume et la pression augmentent. En se déformant, la

membrane de caoutchouc entraîne le déplacement d’une aiguille fixe à l’une

de ses extrémités. Un mouvement de rotation permet à l’aiguille de se déplacer

le long d’une échelle graduée en centimètres.

mettre en commun et à transcrire l’ensemble des observations notées surleur fiche 8.7 respective. Ensuite, leur demander de remplir individuelle-ment leur fiche en y inscrivant les diverses améliorations à apporter auprototype pour l’améliorer. Leur rappeler d’intégrer à ces améliorationsles notes prises pendant la fabrication du prototype. S’assurer que lesélèves répondent aux questions de la partie « L’analyse des résultats »(questions 13 à 15).

• Pour faire un retour sur l’ensemble de la SAÉ et la conclure, demander auxélèves de revenir sur les questions sous la rubrique « Matière à discussion »de la fiche 8.1. Les inviter également à compléter le réseau de conceptsde la fiche 8.10 et à remplir, au besoin, la fiche 8.11. (Le corrigé de lafiche 8.11 se trouve à la fin des fiches liées à la SAÉ 8.)

Suggestion

Lors de la présentation du cahier des charges, veillez à disposer le matérielnécessaire à la réalisation du prototype cité en exemple. La présence et lamanipulation du matériel aideront les élèves à élaborer leur solution. Lorsde la fabrication du prototype, suggérer une échelle commune pour lesgraduations afin de permettre une comparaison des prototypes.

C. Le choix des matériaux et leschéma de construction

• Afin de guider leur choix dematériaux, inviter les dyades àrépondre aux questions 6 et 7 de la fiche 8.7. Au préalable,valider le schéma de principe de chaque dyade.

La fabrication du prototype (pré-voir 100 minutes pour cette étape)

• Demander à chaque dyade defabriquer son prototype et deranger, à la fin de la période, leurmatériel et leurs pièces dans lesespaces prévus à cette fin. Lesinviter à apporter un contenantbien identifié pour y ranger, encours de réalisation, ce qui leurappartient. Leur demander égale-ment d’apporter un cahier pournoter les difficultés qu’ils éprouve-ront en utilisant les matériaux oules outils, au fur et à mesure del’avancement du travail.

La mise à l’essai et l’analysedes résultats (prévoir 150 minutespour cette étape)

• Expliquer aux élèves que toutes lesdyades doivent mettre leur proto-type à l’essai. Ainsi, ils prendrontconscience des défauts de leur pro-totype et y apporteront les correc-tifs nécessaires pour l’améliorer etle rendre plus performant.

• Dire aux élèves d’utiliser lesénoncés du cahier des chargescomme critères de validation desprototypes. Les encourager à fairedes suggestions de modificationss’ils observent et relèvent des vicesde conception ou de fabrication ou encore des défauts qui empê-chent une utilisation adéquate duspiromètre. Demander aux élèvesd’émettre un commentaire généralsur l’intérêt que présente le proto-type évalué.

• Les élèves doivent prendre desnotes sur les changements et lesaméliorations à apporter à leurspiromètre aux endroits prévusà cet effet sur la fiche 8.7. Leschangements et améliorationsenvisagés doivent normalementdécouler d’une évaluation desrésultats recueillis dans les tableaux1 à 5 de la question 12. Suggestion :discuter des résultats en groupe.

• Après la mise à l’essai, inviterles membres de chaque dyade à


Corrigé

Matière à discussion, fiche 8.1

1. L’eau est un fluide incompressible car ses particules sont très rapprochées les unes

des autres. L’eau est donc non compressible, tandis que l’air est un fluide compres-

sible puisque ses particules sont éloignées les unes des autres, ce qui permet de les

rapprocher en le comprimant. C’est ce qui explique que nous puissions compresser

la bouteille remplie d’air et non la bouteille remplie d’eau.

2. Lors d’une inspiration, notre diaphragme descend et notre cage thoracique se sou-

lève, ce qui crée une augmentation de volume. Cette augmentation de volume

engendre une diminution de pression dans les poumons. Comme la pression atmo-

sphérique (à l’extérieur des poumons) est plus grande que la pression dans les pou-

mons, il y a déplacement d’air de l’extérieur vers l’intérieur des poumons (plus de

pression vers moins de pression) : c’est la diffusion.

3. Parce que notre besoin en dioxygène augmente pour répondre à la demande accrue

des muscles et parce que le dioxyde de carbone à éliminer est alors plus abondant.

Le rythme respiratoire augmente donc pour permettre, d’une part, une alimentation

en dioxygène adéquate et, d’autre part, une évacuation du dioxyde de carbone.

4. On peut mesurer le volume d’air expiré par une personne à l’aide d’un spiromètre.

Faire construire le modèle de spiromètre

(fiche 8.8) à titre d’exemple. Demander aux

élèves d’en dessiner les schémas techniques

et d’en expliquer le fonctionnement.

Différenciation

VariantePour limiter les déplacements dans la

classe pendant la mise à l’essai, on peut

regrouper trois dyades : chacune, à tour de

rôle, valide le prototype des deux autres

dyades. Demander alors aux élèves de

noter leurs commentaires et suggestions

sur des feuilles et de les remettre à

l’équipe concernée. Inviter chaque dyade,

à la fin de la mise à l’essai, à résumer les

commentaires des deux autres équipes en

les transcrivant dans l’espace réservé à

cette fin sur la fiche 8.7.

Pour gagner du temps• Durant la mise à l’essai, n’utiliser que

deux facteurs pour valider le prototype

de chaque dyade. Par exemple, deman-

der aux élèves de ne remplir que deux

tableaux parmi les tableaux 1, 2 et 5 de

la question 12 (fiche 8.7).

• Demander à chaque élève de remplir

la section « L’analyse des résultats »

de la fiche 8.7 en devoir.

Pistes d’évaluationChercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifiqueou technologique

À la fin de la tâche, demander aux élèves de remettre la fiche 8.7 dûmentremplie ; utiliser la fiche 8.9 pour noter vos observations.

Critères : 2 et 4

Résoudre des problèmes

À la fin de la tâche, demander aux élèves de remettre la fiche 8.7 dûmentremplie. En vous basant sur les réponses fournies, utiliser la fiche E 2 du guide,sous l’onglet Évaluation, pour noter vos observations.

Critère 6 (manifestation)

L’élève effectue un retour pertinent sur sa démarche. Il dégage les élémentsde réussite et analyse les difficultés éprouvées.

CD 1

CT 2

• Il serait bon de vous procurer un spiromètre. Cet appareil peut être utile à dif-

férents moments de la SAÉ. Vous pouvez l’utiliser comme élément déclencheur

afin d’aider les équipes en difficulté durant la conception ou la fabrication de leur

prototype. Il pourrait aussi être utile pour calibrer les prototypes des élèves.

• Le modèle de spiromètre suggéré à la fiche 8.8 ne mesure pas un volume d’air. En

effet, il faudrait pour cela régler l’échelle de façon qu’elle indique des unités de

volume (L). Cependant, l’appareil fournit de bonnes indications de la capacité pul-

monaire puisque le résultat obtenu lorsqu’un individu souffle dans le tube varie en

fonction du volume d’air expiré.

Note


SYN

ERG

IE•

Avo

ir d

u s

ou

ffle

Rep

rodu

ctio

n au

tori

sée

© L

es É

diti

ons

de la

Che

neli

ère

inc.

NO

M:

GR

OU

PE:

DA

TE:

Co

ncr

étis

er le

pla

n d

’act

ion

8.

En

tra

vail

lan

t d

e fa

çon

séc

uri

tair

e, c

onst

ruis

ez e

n a

teli

er le

pro

toty

pe

que

vou

s av

ezim

agin

é.

9.

Du

ran

t la

fab

rica

tion

de

votr

e sp

irom

ètre

, not

ez le

s m

odif

icat

ion

s qu

e vo

us

app

orte

rez

à vo

tre

croq

uis

de

dép

art

ou à

vot

re s

chém

a d

e p

rin

cip

e. J

ust

ifie

z ce

sm

odif

icat

ion

s.

La m

ise

à l’

essa

i du

pro

toty

pe

10

.R

épon

dez

au

x qu

esti

ons

suiv

ante

s en

en

cerc

lan

t la

bon

ne

rép

onse

. Si

cett

e ré

pon

sees

t «

non

», p

réci

sez

les

mod

ific

atio

ns

néc

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ires

qu

i p

erm

ettr

aien

t d

e ré

sou

dre

lep

rob

lèm

e.

a)L’

app

arei

l in

form

e-t-

il l’

ind

ivid

u s

ur

sa c

apac

ité

pu

lmon

aire

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ui

ou

Non

Mod

ific

atio

n n

éces

sair

e:

b)L’

app

arei

l est

-il d

émon

tab

le?

Ou

i o

u N

on

Mod

ific

atio

n n

éces

sair

e:

c)L’

app

arei

l est

-il é

tan

che

? O

ui

ou

Non

Mod

ific

atio

n n

éces

sair

e:

d)L’

app

arei

l est

-il p

orta

tif?

O

ui

ou

Non

Mod

ific

atio

n n

éces

sair

e:

e)L’

app

arei

l est

-il h

ygié

niq

ue

? O

ui

ou

Non

Mod

ific

atio

n n

éces

sair

e:

f)L’

app

arei

l se

net

toie

-t-i

l fac

ilem

ent?

O

ui

ou

Non

Mod

ific

atio

n n

éces

sair

e:

g)L’

app

arei

l est

-il f

acil

e à

uti

lise

r?

Ou

i o

u N

on

Mod

ific

atio

n n

éces

sair

e:

h)

L’ap

par

eil e

st-i

l réu

tili

sab

le?

Ou

i o

u N

on

Mod

ific

atio

n n

éces

sair

e:

21

Fich

e8.

77/

10

AT

S

CO

RR

IG

É

Rép

onse

s va

riab

les.

Par

exe

mpl

e (p

our

le m

odèl

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opos

é en

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: La

posi

tion

de l’

aigu

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de fe

r ét

ait i

ncor

rect

e. J

e n’

avai

s pa

s pr

évu

une

auss

i gra

nde

défo

rmat

ion

de la

mem

bran

e de

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utch

ouc.

J’a

i dû

chan

ger

la p

ositi

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e l’a

igui

lle

afin

qu’

elle

pui

sse

indi

quer

une

gra

nde

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rmat

ion.

J’a

i don

c fix

é l’a

igui

lle à

l’ext

rém

ité li

bre

d’un

pan

neau

, la

plaç

ant e

n di

agon

ale

dans

le p

roto

type

. Dan

s

cette

pos

ition

, l’a

igui

lle p

eut m

’indi

quer

la p

rése

nce

d’un

plu

s gr

and

volu

me

d’ai

r.

SYN

ERG

IE•

Avo

ir d

u s

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ffle

Rep

rodu

ctio

n au

tori

sée

© L

es É

diti

ons

de la

Che

neli

ère

inc.

NO

M:

GR

OU

PE:

DA

TE:

19

Fich

e8.

75/

10

AT

S

Élém

ent

de

liai

son

Pièc

es r

elié

esTy

pe

de

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Exp

lica

tio

ns

Dire

cte

ou in

dire

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Dém

onta

ble

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dém

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Rigi

de o

u é

last

iqu

e

Com

plèt

e ou

par

tiel

le

Dire

cte

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Dém

onta

ble

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Rigi

de o

u é

last

iqu

e

Com

plèt

e ou

par

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le

Dire

cte

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cte

Dém

onta

ble

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Rigi

de o

u é

last

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e

Com

plèt

e ou

par

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le

Dire

cte

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cte

Dém

onta

ble

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Rigi

de o

u é

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iqu

e

Com

plèt

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par

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le

C.

Le

cho

ix d

es m

atér

iau

x et

le

sch

éma

de

con

stru

ctio

n

6.

À l’

aid

e d

e vo

tre

croq

uis

et

de

votr

e sc

hém

a d

e p

rin

cip

e, r

épon

dez

au

x qu

esti

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suiv

ante

s.

a)Q

uel

s m

atér

iau

x u

tili

sere

z-vo

us

pou

r fa

bri

quer

les

piè

ces

de

votr

e sp

irom

ètre

?

b)D

écri

vez

les

élém

ents

de

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son

du

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irom

ètre

. Rem

pli

ssez

le t

able

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i-d

esso

us

en i

nd

iqu

ant

si la

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son

est

:

•d

irec

te o

u i

nd

irec

te;

•d

émon

tab

le o

u i

nd

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le;

•ri

gid

e ou

éla

stiq

ue

;•

com

plè

te o

u p

arti

elle

.

Écr

ivez

d’a

bor

d le

nom

des

élé

men

ts d

e li

aiso

n. P

réci

sez

entr

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s p

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es d

usp

irom

ètre

se

fait

la li

aiso

n. E

nce

rcle

z en

suit

e le

typ

e d

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n d

ont

il e

st q

ues

tion

etex

pli

quez

vot

re r

épon

se.

c)Q

uel

le é

chel

le a

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vou

s u

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sée

pou

r re

pré

sen

ter

l’ob

jet

tech

niq

ue

?

CO

RR

IG

É

Col

let d

e la

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bran

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caou

tcho

uc

La m

embr

ane

de c

aout

chou

c

et le

con

tour

de l’

ento

nnoi

r

Le c

olle

t ret

ient

sol

idem

ent

la m

embr

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de c

aout

chou

c

auto

ur d

e la

gra

nde

ouve

rtur

e

de l’

ento

nnoi

r.

Vis

Les

pann

eaux

laté

raux

et l

e

supp

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souf

fleri

e

Les

quat

re v

is p

erm

ette

nt

de fi

xer

les

pann

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raux

au s

uppo

rt d

e la

sou

ffler

ie.

Col

let d

u

tuya

u de

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tcho

uc

Le tu

yau

et

l’ent

onno

ir

Le c

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t ret

ient

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le tu

yau

de c

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chou

c

sur

l’ent

onno

ir.

Vis

de

l’aig

uille

L’aig

uille

et

le p

anne

au

La v

is r

etie

nt l’

aigu

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à

l’ext

rém

ité d

u pa

nnea

u en

lui

perm

etta

nt d

’effe

ctue

r un

mou

vem

ent d

e ro

tatio

n.

Rép

onse

s va

riab

les.

Par

exe

mpl

e (p

our

le m

odèl

e pr

opos

é en

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: Des

pièc

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e b

ois

de d

iffér

ente

s di

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sion

s, u

ne s

ectio

n du

cin

tre

pour

l’ai

guill

e

et d

u pa

pier

car

tonn

é po

ur l’

éche

lle g

radu

ée.

Rép

onse

s va

riab

les.

Par

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mpl

e (p

our

le m

odèl

e pr

opos

é en

ann

exe)

: Une

éch

elle

de

1 : 2

.

Rép

onse

s va

riab

les

selo

n le

s él

èves

. Pa

r ex

empl

e (p

our

le m

odèl

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opos

é en

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:


SYN

ERG

IE•

Avo

ir d

u s

ou

ffle

Rep

rodu

ctio

n au

tori

sée

© L

es É

diti

ons

de la

Che

neli

ère

inc.

NO

M:

GR

OU

PE:

DA

TE:

L’an

alys

e d

es r

ésu

ltat

s

13

.R

epor

tez-

vou

s à

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ues

tion

10.

a)V

otre

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pe

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ecte

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b)S

i vo

tre

pro

toty

pe

ne

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ecte

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ence

s d

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ahie

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ges,

qu

els

déf

auts

ave

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us

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rop

osez

des

exp

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s au

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de

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ep

roto

typ

e.

c)D

écri

vez

l’en

sem

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des

am

élio

rati

ons

que

vou

s d

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ez a

pp

orte

r à

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e p

roto

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ep

our

qu’il

con

vien

ne

le m

ieu

x p

ossi

ble

à l’

uti

lisa

tion

pré

vue

et q

u’il

sat

isfa

sse

aux

exig

ence

s d

u c

ahie

r d

es c

har

ges.

14

.À

par

tir

des

rés

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ats

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nu

s à

la q

ues

tion

12,

si

vou

s en

avi

ez la

pos

sib

ilit

é, q

uel

les

mod

ific

atio

ns

app

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s à

votr

e sp

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ètre

pou

r l’a

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r?

15

.V

otre

pro

toty

pe

per

met

-il d

’en

regi

stre

r la

cap

acit

é p

ulm

onai

re r

éell

e?

Exp

liqu

ez le

sli

mit

es d

e vo

tre

pro

toty

pe.

24

Fich

e8.

710

/10

AT

S

CO

RR

IG

É

Rép

onse

s va

riab

les

selo

n le

s él

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.

Rép

onse

s va

riab

les

selo

n le

s él

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.

Rép

onse

s va

riab

les

selo

n le

s él

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.

Rép

onse

s va

riab

les

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n le

s él

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.

Rép

onse

s va

riab

les.

Par

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mpl

e (p

our

le m

odèl

e pr

opos

é en

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: Mon

appa

reil

ne p

erm

et p

as d

’enr

egis

trer

la c

apac

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ulm

onai

re r

éelle

. Pui

sque

l’ai

r es

t

un m

élan

ge d

e ga

z co

mpr

essi

ble,

le v

olum

e es

t com

prim

é à

caus

e de

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tanc

e

de la

mem

bran

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astiq

ue. C

epen

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, mon

app

arei

l per

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de

fair

e un

e b

onne

éval

uatio

n de

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apac

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ulm

onai

re.

SYN

ERG

IE•

Avo

ir d

u s

ou

ffle

Rep

rodu

ctio

n au

tori

sée

© L

es É

diti

ons

de la

Che

neli

ère

inc.

NO

M:

GR

OU

PE:

DA

TE:

11

.É

criv

ez le

mod

e d

’em

plo

i d

e vo

tre

pro

toty

pe.

12

.V

alid

ez v

otre

pro

toty

pe

en le

met

tan

t à

l’ess

ai.

À l’

aid

e d

es t

able

aux

suiv

ants

, com

pil

ez le

s ré

sult

ats

de

la m

ise

à l’e

ssai

sel

on le

sfa

cteu

rs q

ui

peu

ven

t in

flu

er s

ur

la c

apac

ité

pu

lmon

aire

. Not

ez e

nsu

ite

tou

s le

sp

rob

lèm

es r

elev

és e

t le

s m

odif

icat

ion

s qu

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us

com

pte

z ap

por

ter

à vo

tre

pro

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pe.

Au

bes

oin

, uti

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z u

ne

feu

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su

pp

lém

enta

ire

que

vou

s jo

ind

rez

en a

nn

exe.

22

Fich

e8.

78/

10

AT

S

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son

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clu

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n

Mo

dif

icat

ion

néc

essa

ire

1 2 3

Tab

leau

2L

a ca

pac

ité

pu

lmo

nai

re d

e d

iffé

ren

tes

per

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nes

Pers

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ne

Val

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Co

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M

od

ific

atio

n n

éces

sair

e

1 2 3

CO

RR

IG

É

Rép

onse

s va

riab

les.

Par

exe

mpl

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our

le m

odèl

e pr

opos

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ann

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:

Ass

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ès v

otre

exp

irat

ion,

not

ez le

dép

lace

men

t de

l’aig

uille

.

Rec

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ence

z l’e

ssai

au

beso

in.

Rép

onse

s va

riab

les.

Rép

onse

s va

riab

les.


Notes

La collection Synergie propose une démarche souple et concrètepour aborder les programmes de science et technologie et d’applica-tions technologiques et scientifiques au 2e cycle du secondaire.Elle constitue un atout majeur pour amener l’élève à développer descompétences et à acquérir des connaissances sur le thème centralde la 1re année du cycle, soit « L’humain, un organisme vivant ».

La collection Synergie, c’est :

■ un solide bagage de connaissances scientifiques et technologiques ;

■ un vaste choix de situations d’apprentissage inédites qui facilitentl’appropriation des démarches utiles en science et en technologie ;

■ le traitement complet de tous les concepts des deux programmes ;

■ une grande souplesse dans la planification des apprentissages ;

■ des contextes liés au quotidien de l’élève qui sollicitent curiosité,imagination, désir d’explorer et plaisir d’expérimenter ;

■ des rappels des concepts du 1er cycle ;

■ une foule de schémas et d’illustrations d’une grande précision ;

■ une boîte à outils complète qui permet un travail en profondeur des techniques et des stratégies ;

■ des pistes pour l’utilisation des TIC en classe ;

■ des instruments d’évaluation variés et adaptés à la réalité de laclasse ;

■ une structure claire qui favorise le développement de l’autonomiede l’élève.

ISBN 978-2-7652-1009-2

9 782765 210092

Fiches liées à la SAÉClaudie Chartré

Isabelle Levert

SAÉ 8

Applications technologiques et scientifiques

Avoir du souffle

Les fiches dont le titre estsuivi du symbole �

peuvent être utilisées dansun contexte différent decelui de la SAÉ, au gré de l’enseignante ou de l’enseignant.

Claudie Chartré

Isabelle Levert

Sommaire8.1 Présentation de la SAÉ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

8.2 Les fluides � . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

8.3 La pression, la force appliquée et l’aire � . . . . . . . . 5

8.4 La pression et le volume d’un gaz � . . . . . . . . . . . . . . 9

8.5 La pression et le volume en système ouvert � . . . . 11

8.6 La capacité pulmonaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

8.7 Le spiromètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

8.8 Le modèle d’un spiromètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

8.9 Grille d’évaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

8.10 Réseau de concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

8.11 Retour sur les savoirs � . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Corrigé de la fiche 8.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

É



ATS

Présentation de la

Avoir du souffle

SAÉ 8

Concepts en lien avec cette SAÉ

Univers vivant• Système respiratoire (fosses

nasales, pharynx, trachée,bronches, poumons)

Univers matériel• Pression• Relation entre pression

et volume• Fluides compressibles

et incompressibles• Modèle particulaire

Univers technologique• Tracés géométriques• Formes de représentation

(croquis)• Standards et représentations

(schémas, symboles)• Liaisons types des pièces

mécaniques

1. Comment expliquer la différence de compressibilité entrel’air et l’eau contenus dans les bouteilles de la photo 1?

2. Au cours de la respiration artificielle (photo 2), l’air est poussé dans les poumons. Selon vous, par quelmécanisme l’air entre-t-il dans les poumons lorsque nous respirons normalement?

3. Pourquoi est-on essoufflé après une activité physiqueintense (photo 3) ?

4. Comment appelle-t-on l’appareil qui sert à mesurer lacapacité respiratoire ?

Matièreà d iscuss ion

Concevoir un appareil qui permet de mesurer la capacité respiratoire.

Réalisation proposée

Fiche 8.11/2

L’air et l’eau contenus dans ces bouteilles se comportent

différemment lorsqu’on les comprime.

La respiration

artificielle.

Après une course intense, il est normal

d’être essoufflé.

2

1

3


Déroulement de la SAÉ

Au fil de cette SAÉ, vous réaliserez les activités suivantes :

1. Présentation de la SAÉ Vous discuterez en classe de vos connaissances actuelles sur le système respiratoire et les mécanismes qui le régissent.

2. Fluide ou pas fluideVous déterminerez les caractéristiques d’un fluide et distinguerez les fluidescompressibles des fluides incompressibles.

3. La pression, la force appliquée et l’aire Vous réaliserez deux activités de laboratoire qui vous permettront d’approfondir vos connaissances concernant le concept de pression et vous serez en mesure decomprendre la relation entre la pression, la force appliquée et l’aire d’une surface.

4. La pression, une question de volume ? Vous réaliserez deux activités de laboratoire qui vous permettront de comprendre larelation entre la pression et le volume d’un fluide compressible et de saisir le principede la diffusion.

5. Le système respiratoire Vous découvrirez le rôle des structures composant le système respiratoire tout enréinvestissant le concept de pression.

6. À bout de souffle Vous concevrez un appareil permettant de mesurer la capacité respiratoire.

É

Conservez les fiches qui vousseront distribuées. Elles vousseront utiles jusqu’à la fin de la SAÉ.



Fiche8.2


ATS

Les fluides

1. Donnez trois caractéristiques que doit posséder une substance pour être considéréecomme un fluide.

2. Donnez quelques exemples de substances qui, selon vous, sont des fluides.

3. Observez les substances suivantes et remplissez le tableau en cochant la ou les case(s)appropriée(s).

4. Sous quel(s) état(s) sont les fluides?

5. Sous quel(s) état(s) sont les substances non fluides?

6. Pourquoi le sucre (ou le sel) n’est-il pas un fluide?

7. Quelle caractéristique partage-t-il avec les fluides?

Sable

Eau

Air

Pâte à modeler

Huile

Farine

Miel

Riz

Sucre (ou sel)

Savon à vaisselle

Ketchup

Pois (ou lentilles)

Substances

Caractéristiques de la substance La substance est :

S’écoule dans toutes

les directions

N’a pas deforme définie

Adopte la forme de

son contenantUn fluide Pas un fluide


La pression, la force appliquée et l’aire

Partie 1 : Relation pression-aire de contact

But de l’expérimentationDéterminer la relation entre la pression et l’aire de la surface de contact.

Soit les objets suivants : éprouvette, punaise, stylo à bille et tige agitatrice.Pour une même force appliquée, lequel transperce le plus facilement unverre de styromousse? Classez ces objets par ordre croissant (du plusdifficile au plus facile) selon la facilité avec laquelle ils transpercent le verre.

Hypothèse


Matériel• Un verre de styromousse • Un stylo à bille• Une éprouvette• Une punaise• Une tige agitatrice• Une masse de 100 g

Manipulations

1. Placer le verre de styromousse à l’envers sur une surface telle qu’un bureau.

2. À tour de rôle, placer chacun des objets sur le fond du verre et déposer la masse de 100 g sur l’objet (dans le but d’exercer une force constante pour chacun des objets) en prenant soin de n'exercer aucune force additionnelle.

3. Vérifier si l’objet exerce suffisamment de pression pour transpercer le verre ou non. Si oui, déterminer la facilité avec laquelle l’objet le fait, afin de pouvoir comparer lesobjets entre eux.

4. Noter les observations.

Fiche 8.31/4


Question


Résultats

Tableau 1 Classement de divers objets par ordre croissant (du plus difficile au plusfacile) de facilité de perçage

Fiche 8.32/4


1

2

3

4

Ordre croissant Objets utilisés pour le perçage


1. Dans cette activité de laboratoire, quel objet a transpercé le plus facilement le verre de styromousse (a exercé la plus grande pression sur le verre) ?

2. Quelle caractéristique le distingue des autres?

3. Y a-t-il un ou des objets qui n’ont pas transpercé le verre de styromousse? Si oui,lequel ou lesquels ?

4. Pourquoi, selon vous?

5. Si on changeait la masse de 100 g pour une masse plus importante, pensez-vous que les objets qui n’ont pas réussi à transpercer le verre pourraient le faire? Justifiez votre réponse.

Conclusion

6. Selon les résultats que vous avez obtenus, pouvez-vous confirmer votre hypothèse dedépart ? Justifiez votre réponse.

7. Complétez les phrases à l’aide des mots suivants : concentrée, grande, inversement,petite, pression, répartie, surface. Attention : deux de ces mots apparaissent deux fois.

a) Pour une force constante, plus la surface de contact est , plus

la pression est car la même force est plus .



b) Aussi, pour une force constante, plus la surface de contact est ,

plus la pression est car l’application de la même force est

.

c) On dit que la est proportionnelle à l’aire

de la sur laquelle une force donnée s’applique.

8. Donnez un exemple d’application de cette relation dans une situation de la viecourante.

Partie 2 : Relation pression-force


Déterminer la relation entre la pression et la force appliquée.

Si on perce des trous à différentes hauteurs dans un carton de lait qu’onremplit d’eau, est-ce que les jets d’eau jailliront avec la même pression?Justifiez votre réponse.

Hypothèse


Matériel• Un carton de lait vide (2 L)• Un objet pointu de type crayon à mine• Du ruban adhésif large• Un évier ou un grand contenant

Manipulations

1. À l’aide d’un objet pointu tel un crayon à mine, percer trois trous dans le carton de lait :un à 5 cm, un autre à 10 cm et un troisième à 20 cm de la base du carton de lait. Il estimportant de faire ces trous de telle sorte qu’ils soient l’un au-dessus de l’autre.

2. Couvrir les trous à l’aide d’un seul long ruban adhésif.

3. Remplir d’eau le carton de lait et le placer au-dessus de l’évier ou dans un grandcontenant.

4. Enlever rapidement le ruban adhésif.

5. Noter le résultat.

Question


1. a) Dans cette activité de laboratoire, lequel des jets sortait avec le plus de pression?

b) Pourquoi, selon vous?

2. a) Lequel des jets sortait avec le moins de pression?

b) Pourquoi, selon vous?

3. Que pouvez-vous déduire des deux questions précédentes en ce qui a trait à l’influencede la force appliquée sur la pression?

Conclusion


5. Complétez la phrase à l’aide des mots suivants : directement, force, grande, pression.Attention : l’un de ces mots apparaît deux fois.

Pour une surface de contact donnée, plus la force appliquée est ,

plus la pression est . On dit que la est

proportionnelle à la appliquée sur une

surface de contact donnée.

6. À partir des conclusions des parties 1 et 2 de cette activité, formulez une équationdémontrant la relation entre la pression, la force appliquée et l’aire de la surface, où :

P est la pression exercée,F est la force appliquée,A est la surface de contact.


Résultats

Tableau 2 Pression des jets d’eau en fonction de la distance par rapport à la basedu carton de lait

Fiche 8.34/4


5

10

20

Distance des trous par rapport à la base du carton de lait (cm)

Pression des jets d’eau (faible, moyen ou fort)

=


La pression et le volume d’un gaz


Vérifier comment la pression d’un gaz varie en fonction de son volume.

De quelle façon se comporte le volume d’un gaz lorsqu’on exerce unepression sur ce dernier ?

Hypothèse


Matériel• Un tube flexible• Un manomètre à cadran

Manipulations1. Brancher le tube flexible à l’extrémité de la seringue. Retirer le piston de la seringue à

son volume maximum. 2. Noter le volume de gaz et la pression indiquée par le manomètre dans le tableau des

résultats.3. Presser sur le piston de la seringue pour réduire le volume de 5 mL. Noter le volume

de gaz et la pression indiquée par le manomètre.4. Répéter l’étape 3 jusqu’à ce qu’il ne soit plus possible de diminuer le volume de 5 mL.

Résultats

La variation de pression d’un gaz (air) en fonction de son volume

À partir des données présentées dans le tableau des résultats, tracez un diagramme de la pression en fonction du volume sur une feuille quadrillée. Donnez un titre à votrediagramme.

9


ATS

Fiche 8.41/2

Question

Volume (mL) Pression (kPa) (air)



ATS

Fiche 8.42/2


1. Lorsqu’on exerce une pression plus grande sur le piston de la seringue, qu’arrive-t-ilau volume du gaz?

2. Décrivez l’allure de la courbe représentant la pression en fonction du volume du gaz.

3. a) Selon vous, qu’arriverait-il à la pression du gaz si on tirait sur le piston de laseringue au lieu de le pousser?

b) Quelle serait alors l’allure de la courbe dans le diagramme de la pression enfonction du volume?

Conclusion


5. Complétez la phrase à l’aide des mots suivants : inversement, pression, volume.

Dans un système fermé et à température constante, la est

proportionnelle au .


Fiche 8.51/2


La pression et le volume en système ouvert


Démontrer comment se comporte un gaz soumis à une variation de pression dans unsystème ouvert.

Qu’arrive-t-il, dans un système ouvert, si la pression d’un fluidecompressible (gaz) varie ?

Hypothèse


Matériel• Une seringue

Manipulations

1. À l’aide de la seringue, sans bouchon, pousser le piston au fond. 2. Placer un doigt près de l’ouverture de la seringue sans l’obstruer. Tirer le piston

jusqu’au bout. Noter les observations. 3. Toujours avec un doigt près de l’ouverture de la seringue sans l’obstruer, pousser le

piston de la seringue jusqu’au fond. Noter les observations.

Résultats

1. Que se passe-t-il lorsque vous tirez le piston jusqu’au bout?

2. Que se passe-t-il lorsque vous poussez le piston jusqu’au fond?

Question


3. Expliquez le déplacement d’air obtenu dans vos résultats en vous servant du modèleparticulaire.

4. Comment se nomme le déplacement d’un gaz d’un milieu de haute pression vers unmilieu de plus basse pression?

Conclusion


6. Complétez la phrase à l’aide des mots suivants : basse, déplacement, diffusion, haute.

La est le des particules d’un gaz d’une

région de pression vers une région de

pression.





ATS

Fiche 8.61/2



Déterminer si certains facteurs font varier la capacité pulmonaire.

Est-ce que le sexe des individus est un facteur qui fait varier la capacitépulmonaire et le rythme respiratoire ?

Hypothèse


Matériel• Un contenant de plastique de 4 L vide avec son bouchon

(contenant d’eau ou de liquide lave-glace)• Un tube flexible• Un marqueur permanent• Un bécher de 500 mL• Un plat à vaisselle d’au moins 5 L de capacité• De l’eau

ManipulationsMesure de la capacité pulmonaire

1. Graduer le contenant de 4 L en le remplissant progressivement d’eau à l’aide dubécher de 500 mL. Faire une petite marque avec le marqueur permanent sur lecontenant pour chaque volume ajouté.

2. Boucher le contenant de 4 L.

3. Retourner le contenant de 4 L à l’envers dans le plat à vaisselle qui contient déjà unpeu d’eau.

4. Retirer le bouchon sous l’eau et introduire le bout du tube flexible dans le contenantde 4 L.

5. Prendre la plus grande inspiration possible et expirer au maximum dans le tube (l’airintroduit dans le contenant chasse l’eau, et le volume d’air emprisonné est facilementcalculable grâce aux graduations).

6. Mesurer et noter le volume d’air expiré en litres.

Question



ATS

Fiche 8.62/2

Résultats

Tableau 1 La capacité pulmonaire



1. La quantité d’air expiré mesurée représente-t-elle le volume d’air total quecontenaient les poumons? Justifiez votre réponse.

2. a) Si on évalue qu’on peut expirer 80% du volume d’air total que contiennent lespoumons, quel serait alors (en moyenne) le volume total que pourraient contenirles poumons chez les garçons?

b) Chez les filles ?

3. Quels sont les facteurs qui peuvent influencer la capacité pulmonaire?

Analyse du prototype

4. Dressez la liste des limites du prototype utilisé dans la démonstration.

Individu Capacité pulmonaire des filles (L) Capacité pulmonaire des garçons (L)

1

2

3

4

Moyenne des résultats



ATS

Fiche 8.71/10

Le spiromètre

Mise en situationL’asthme est une maladie respiratoire chronique et l’une des principales causes d’absentéisme scolaire.Depuis les années 1980, le nombre de personnes asthmatiques a triplé. Cette maladie, qui est due en partieà la présence de polluants dans l’air, affecte plusieurs de vos proches.

Leurs bronches irritées se contractent et rétrécissent, puis elles enflent et produisent un surplus desécrétions ou mucus. Dans leur cas, les précautions liées à l’hygiène sont vitales afin de préserver la santédu système respiratoire. Les personnes asthmatiques doivent porter une attention particulière à leurrespiration. Pour les aider, vous devez mettre au point un prototype qui donne des informations sur lacapacité pulmonaire d’un individu.

Votre tâcheVous devez concevoir et fabriquer un spiromètre. Cet appareil permet d’évaluer le volume d’air expiré par un individu à la suite d’une très grande inspiration. N’oubliez pas de respecter les exigences du cahierdes charges.

Cerner le problème

1. Reformulez dans vos mots le problème posé. Quelle fonction précise l’objet techniquedoit-il remplir ?

2. Consultez attentivement le cahier des charges suivant. L’objet technique que vousconcevrez et fabriquerez doit s’y conformer.

Cahier des charges

• L’appareil doit tenir compte du volume d’air expiré. Le résultat devra être chiffré et facile à lire ;

• Les pièces doivent être étanches afin de ne pas laisser l’air s’échapper ;

• L’appareil doit être réutilisable et facile d’emploi ;

• L’appareil doit être portatif ;

• L’appareil doit être hygiénique, c’est-à-dire comporter des embouchures amovibles, nettoyables ou jetables ;

• L’appareil doit être démontable pour en faciliter la réparation.

Pour fabriquer le spiromètre, votre enseignante ou votre enseignant mettra les matériauxsuivants à votre disposition :

• Un entonnoir avec ourlet (diamètre de 90 mm)

• Des pièces de bois


• Des vis

• Quatre membranes élastiques (ballons de caoutchouc)



• Un collet de métal de 46,04 mm à 69,85 mm (1 13/16 po à 2 3/4 po)

• Un collet de métal de 7,94 mm à 12,7 mm(5/16 po à 1/2 po)

• Des élastiques


• ________________________________________

• ________________________________________



Élaborer le plan d’action

A. La recherche et le choix d’une solution

3. a) Réfléchissez d’abord individuellement aux différentes façons qui vous permet-traient de mesurer ou de donner des informations sur la capacité pulmonaire d’unindividu. Pour ce faire, vous devrez d’abord recueillir l’air qu’une personne expire,puis donner un résultat qui tient compte du volume d’air expiré.

b) Imaginez ensuite différentes formes d’appareil qui pourraient remplir cette fonction.

c) Sur des feuilles de brouillon, réalisez deux croquis qui représenteront l’objettechnique.

d) En dyade, mettez en commun vos croquis et choisissez celui qui convient le mieuxà l’objet à concevoir, puis validez-le au regard du cahier des charges.

e) Dans l’encadré ci-dessous, reproduisez le croquis que vous avez choisi enl’améliorant, au besoin, en y ajoutant l’une ou l’autre des caractéristiquesintéressantes relevées dans les autres croquis.



17

Fiche 8.73/10

ATS


4. Examinez votre croquis et répondez aux questions suivantes.

a) Quelles sont les composantes de votre spiromètre?

b) Décrivez les fonctions des composantes de l’objet technique.

c) Quels mouvements effectuent les pièces de votre appareil ?

d) En vous référant aux réponses précédentes, expliquez le fonctionnement global devotre prototype. N’oubliez pas d’utiliser un langage scientifique et technologiqueadéquat.

SYNERGIE • Avoir du souffle Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.


18

Fiche 8.74/10

ATS

5. Dans l’encadré ci-dessous, réalisez le schéma de principe de l’objet choisi. Indiquezclairement les parties, les mouvements et les forces en action.



19

Fiche 8.75/10

ATS

Élément de liaison Pièces reliées Type de liaison Explications

Directe ou indirecte

Démontable ou indémontable

Rigide ou élastique

Complète ou partielle













C. Le choix des matériaux et le schéma de construction

6. À l’aide de votre croquis et de votre schéma de principe, répondez aux questionssuivantes.

a) Quels matériaux utiliserez-vous pour fabriquer les pièces de votre spiromètre?

b) Décrivez les éléments de liaison du spiromètre. Remplissez le tableau ci-dessousen indiquant si la liaison est :

• directe ou indirecte ; • démontable ou indémontable ;

• rigide ou élastique ; • complète ou partielle.

Écrivez d’abord le nom des éléments de liaison. Précisez entre quelles parties duspiromètre se fait la liaison. Encerclez ensuite le type de liaison dont il est questionet expliquez votre réponse.

c) Quelle échelle avez-vous utilisée pour représenter l’objet technique?



20

Fiche 8.76/10

ATS

7. Dans l’encadré ci-dessous, dessinez le schéma de construction de votre prototype.N’oubliez pas la légende des matériaux.



Concrétiser le plan d’action

8. En travaillant de façon sécuritaire, construisez en atelier le prototype que vous avezimaginé.

9. Durant la fabrication de votre spiromètre, notez les modifications que vousapporterez à votre croquis de départ ou à votre schéma de principe. Justifiez cesmodifications.

La mise à l’essai du prototype

10. Répondez aux questions suivantes en encerclant la bonne réponse. Si cette réponseest «non», précisez les modifications nécessaires qui permettraient de résoudre leproblème.

a) L’appareil informe-t-il l’individu sur sa capacité pulmonaire? Oui ou Non

Modification nécessaire :

b) L’appareil est-il démontable? Oui ou Non


c) L’appareil est-il étanche? Oui ou Non


d) L’appareil est-il portatif ? Oui ou Non


e) L’appareil est-il hygiénique? Oui ou Non


f) L’appareil se nettoie-t-il facilement? Oui ou Non


g) L’appareil est-il facile à utiliser ? Oui ou Non


h) L’appareil est-il réutilisable? Oui ou Non


21

Fiche 8.77/10

ATS



11. Écrivez le mode d’emploi de votre prototype.

12. Validez votre prototype en le mettant à l’essai.

À l’aide des tableaux suivants, compilez les résultats de la mise à l’essai selon lesfacteurs qui peuvent influer sur la capacité pulmonaire. Notez ensuite tous lesproblèmes relevés et les modifications que vous comptez apporter à votre prototype.Au besoin, utilisez une feuille supplémentaire que vous joindrez en annexe.

22

Fiche 8.78/10

ATS

Tableau 1 La capacité pulmonaire d’une même personne

Essai Valeur enregistrée Conclusion Modification nécessaire

1

2

3

Tableau 2 La capacité pulmonaire de différentes personnes

Personne Valeur enregistrée Conclusion Modification nécessaire

1

2

3



23

Fiche 8.79/10

ATS

Tableau 3 La capacité pulmonaire et le sexe de différentes personnes

Tableau 4 La capacité pulmonaire et l’âge de différentes personnes

Tableau 5 La capacité pulmonaire et la taille de différentes personnes

Personne Sexe Valeur enregistrée Conclusion Modification nécessaire

1

2

3

4

Personne Âge Valeur enregistrée Conclusion Modification nécessaire

1

2

3

Personne Taille Valeur enregistrée Conclusion Modification nécessaire

1

2

3



L’analyse des résultats

13. Reportez-vous à la question 10.

a) Votre prototype respecte-t-il les exigences du cahier des charges?

b) Si votre prototype ne respecte pas les exigences du cahier des charges, quelsdéfauts avez-vous observés? Proposez des explications aux faiblesses de votreprototype.

c) Décrivez l’ensemble des améliorations que vous devriez apporter à votre prototypepour qu’il convienne le mieux possible à l’utilisation prévue et qu’il satisfasse auxexigences du cahier des charges.

14. À partir des résultats obtenus à la question 12, si vous en aviez la possibilité, quellesmodifications apporteriez-vous à votre spiromètre pour l’améliorer?

15. Votre prototype permet-il d’enregistrer la capacité pulmonaire réelle ? Expliquez leslimites de votre prototype.

24

Fiche 8.710/10

ATS


Le modèle d’un spiromètre

Le croquis du spiromètre

Le schéma de principe du spiromètre


25

Fiche 8.81/6

ATS

Panneau latéral

Échelle graduée

Aiguille

Entonnoir

Panneau latéral

Embout cartonné

Tuyau

Ballon decaoutchouc

Support



Le schéma de construction du spiromètre

26

Fiche 8.82/6

ATS

Vis n° 8 (35 mm)

Pièce de bois de 280 mm x 140 mm x 10 mm

Papier cartonné de 260 mm x 10 mm

Fil de fer (cintre)400 mm x ø 2 mm

Pièce de bois de 280 mm x 140 mm x 10 mm

Échelle 1 : 4

Entonnoir avecourlet de ø 90 mm

Membrane de caoutchouc

Collet de métal de 46,04 mm à 69,85 mm(1 13/16 po à 2 3/4 po)

Papier cartonné

Tuyau decaoutchouc

Collet de métal de 7,94 mm à 12,7 mm(5/16 po à 1/2 po)

Pièce de bois 280 mm x 280 mm x 10 mm

Vis n° 8 (35 mm)

Vis n° 8 (35 mm)



27

Fiche 8.83/6

ATS

N°/pièce Désignation Quantité Matériau Spécifications

1 Support 1 Bois (MDF) 280 mm x 280 mm x 10 mm

Schéma Outils Opérations

1re étapeLe perçage d’un trou au centre de la pièce

2e étapeLa coupe d’une entaille d’un côté de la pièceau centre

3e étapeLe perçage de deux trous de chaque côtéde la pièce

• Règle

• Crayon

• Scie à ruban

• Ponceuse

• Perceuse à colonne

• Foret de 14 mm

• Foret de 3 mm

• Reporter les mesures spécifiéesde la pièce sur une planche deMDF de 10 mm d’épaisseur.

• Découper la pièce à l’aide d’unescie à ruban.

• Tracer les lignes d’axe quiindiquent le centre de laplanche (140 mm x 140 mm).

• Percer un trou à l’aide d’un foretde 14 mm sur toute l’épaisseur(10 mm).

• Tracer une entaille de 14 mm delargeur (diamètre du trou) d’uncôté de la pièce au centre.

• Découper l’entaille à l’aide dela scie à ruban.

• Placer le côté entaillé vers lehaut. Reporter les mesures spé-cifiées de l’emplacement des visde chaque côté de la pièce.

• Percer quatre trous à l’aide d’unforet de 3 mm.

• Poncer la pièce au besoin.

La gamme de fabrication du spiromètre

Page : 1/5 Échelle : 1 : 9 SpiromètreApplications technologiques

et scientifiques



28

Fiche 8.84/6

ATS


2 Panneau latéral 2 Bois (MDF) 280 mm x 140 mm x 10 mm


• Règle

• Crayon

• Scie à ruban

• Ponceuse

• Perceuse à colonne

• Foret de 3 mm

• Foret de 5 mm

• Reporter les mesures spécifiéessur une planche de MDFde 10 mm d’épaisseur.

• Découper les deux pièces àl’aide d’une scie à ruban.

• Reporter les mesures spécifiéesde l’emplacement des deux vissur une face de la pièce.

• Percer deux trous à traverschaque pièce à l’aide d’un foret de 5 mm.

• Sur la largeur d’une des deuxpièces, à l’opposé des deuxtrous précédents, reporter les mesures spécifiées del’emplacement d’une autre vis (tracer à 5 mm de l’extrémitéet au centre de la largeur).

• Percer à l’aide d’un foretde 3 mm.

• Poncer les pièces au besoin.



et scientifiques



29

Fiche 8.85/6

ATS


3 Aiguille 1 Cintre de fer

400 mm x 2 mm (diamètre)


• Règle

• Crayon

• Ciseaux à métal

• Pince à long bec

• Reporter les mesures spécifiéesde l’aiguille sur le cintrepréalablement déplié.

• À l’aide d’une pince à long bec,fabriquer un anneau à l’une des extrémités de l’aiguille quipourra retenir la tête d’une vis.



et scientifiques


3 Échelle graduée 1 Papiercartonné

260 mm x 10 mm


• Règle

• Crayon

• Ciseaux

• Reporter les mesures spécifiéesde l’échelle sur un papiercartonné.

• Graduer la pièce à des inter-valles de 10 mm, de 1 à 20.



et scientifiques



30

Fiche 8.86/6

ATS


Assemblage de l’appareil

Ballon, emboutscartonnés, tuyaude caoutchouc,

entonnoir


• Ciseaux

• Tournevis

• Étirer un ballon decaoutchouc afin de pouvoircouper son extrémité. Couperl’extrémité.

• Étirer le ballon et placer lamembrane obtenue autour de la grande ouverture del’entonnoir.

• Fixer la membrane autour de l’entonnoir à l’aide d’un ou deux élastiques.

• Installer le collet sur l’élas-tique en évitant de percer lamembrane.

• Installer le tuyau decaoutchouc dans la petiteouverture de l’entonnoir.

• Fixer le tuyau à l’aide dusecond collet.

• Placer l’embout cartonné àl’autre extrémité du tuyau de caoutchouc.

• Assembler les panneaux dechaque côté du support àl’aide de vis.

• Insérer l’entonnoir dansl’entaille du support de façonà ce qu’il soit à l’intérieur du« U » formé par les trois piècesde bois.

• Fixer l’aiguille sur l’une desextrémités de l’un des pan-neaux.

• Fixer l’échelle graduée surl’autre panneau en vousassurant que le repère zérodébute à l’extrémité mobilede la tige de fer près de lamembrane de caoutchouc.



et scientifiques


Fiche8.9


ATS

Acti

vité

4C

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Réseau de concepts

À l’aide de la banque de mots, complétez le réseau de concepts.

• Aire de la surface

• Alvéoles

• Augmente

• Basse

• Bronches

• Bronchioles

• Capacité

pulmonaire

• Compressibles

• Diffusion

• Diminue

• Force appliquée

• Fosses nasales

• Gaz

• Haute

• Incompressibles

• Inversement

proportionnelle

• Larynx

• Liquides

• P =

• Pharynx

• Poumons

• Respiratoire

• Spiromètre

• Trachée

Banque de mots à utiliser

peuvent être dépend de

comme les

Dans un sytème fermé, la pression

est

au volume : lorsque le volume

,

la pression

.

Dans un sytème ouvert, les gaz se

déplacent d’un milieu de

pression

vers un mileu de

pression.

et se déroule dans le système dont la

un

Ce phénomène se nomme

qui est composé de

est mesurée avec

selon l’équation

comme les

Les fluides La pression

•

•

•

•

•

•

•

•

Fiche8.10

FA


Fiche8.1


Retour sur les savoirs

Les fluides

1. Entourez l’énoncé qui ne représente pas un fluide.

a) J’ai une forme définie.

b) Je peux m’écouler dans toutes les directions.

c) Je peux être un liquide.

d) J’adopte la forme de mon contenant.

2. Sous quelle(s) forme(s) se trouvent les fluides compressibles?

3. Donnez trois exemples de fluides compressibles.

4. Indiquez si les substances suivantes sont ou non des fluides. Si elles sont des fluides,indiquez si elles sont compressibles ou incompressibles. Cochez la ou les casesappropriées.

5. Pour chaque paire d’énoncés, soulignez celui qui décrit une situation où la pressionexercée est la plus forte.

a) Luc marche dans la neige en bottes. Luc marche sur la neige en raquettes.

b) Une force de 3 N appliquée avec un Une force de 3 N appliquée avec la doigt. main ouverte.

c) Un plongeur nage sous 10 m d’eau. Un plongeur nage sous 20 m d’eau.

d) Une bonbonne contient 5 kg de gaz. La même bonbonne contient 10 kg du même gaz.

6. a) Qu’est-ce que la diffusion?

Fiche 8.111/3

Dioxyde de carbone (CO2)

Farine

Essence ordinaire

Vinaigre

Sable

Vapeur d’eau

Air

Sucre

Eau

Substance Fluide Non fluide Compressible Incompressible


b) Dans laquelle ou lesquelles des situations décrites à la question 5 le phénomène dediffusion joue-t-il un rôle? Justifiez votre réponse.

Le système respiratoire

7. Identifiez les structures du système respiratoire.

8. Décrivez ce qu’il advient du diaphragme, des côtes, des muscles intercostaux et dudéplacement de l’air lors d’une inspiration.

9. Dans quelle partie du système respiratoire les échanges gazeux se produisent-ils ?

Fiche8.1



Fiche8.1


10. Si nous sommes touchés par une extinction de voix, quelle partie du systèmerespiratoire est principalement affectée?

11. a) Le schéma suivant illustre une alvéole remplie d’air inspiré. À l’aide de flèches,représentez les échanges gazeux entre l’alvéole et le capillaire.

b) Représentez par une flèche rouge le sens du déplacement des molécules de dioxygène.

c) Représentez par une flèche bleue le sens du déplacement des molécules de dioxyde de carbone.

d) Justifiez les déplacements suivants en utilisant le principe de diffusion.

1. Le déplacement du dioxygène :

2. Le déplacement du dioxyde de carbone :

La capacité pulmonaire et le rythme respiratoire

12. Qu’est-ce que la capacité pulmonaire?

13. Quel appareil sert à mesurer la capacité pulmonaire?

14. Quels facteurs peuvent influencer la capacité respiratoire?

Fiche 8.113/3

Alvéole

Capillairesanguin


Corrigé de la fiche

1/3

8.11

Retour sur les savoirs

Les fluides

1. Entourez l’énoncé qui ne représente pas un fluide.

a) J’ai une forme définie.

b) Je peux m’écouler dans toutes les directions.

c) Je peux être un liquide.

d) J’adopte la forme de mon contenant.

2. Sous quelle(s) forme(s) se trouvent les fluides compressibles?

3. Donnez trois exemples de fluides compressibles.

4. Indiquez si les substances suivantes sont ou non des fluides. Si elles sont des fluides,indiquez si elles sont compressibles ou incompressibles. Cochez la ou les casesappropriées.

5. Pour chaque paire d’énoncés, soulignez celui qui décrit une situation où la pressionexercée est la plus forte.

a) Luc marche dans la neige en bottes. Luc marche sur la neige en raquettes.

b) Une force de 3 N appliquée avec un Une force de 3 N appliquée avec la doigt. main ouverte.

c) Un plongeur nage sous 10 m d’eau. Un plongeur nage sous 20 m d’eau.

d) Une bonbonne contient 5 kg de gaz. La même bonbonne contient 10 kg du même gaz.

6. a) Qu’est-ce que la diffusion?

Dioxyde de carbone (CO2)

Farine

Essence ordinaire

Vinaigre

Sable

Vapeur d’eau

Air

Sucre

Eau

Substance Fluide Non fluide Compressible Incompressible

Ils se trouvent sous une forme gazeuse.

Réponses variables. Exemples : air, dioxygène, vapeur d’eau, hélium, etc.

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

C’est le phénomène selon lequel un fluide (un gaz) se déplace d’un milieu de

haute pression vers un milieu de plus basse pression.



2/3

8.11

b) Dans laquelle ou lesquelles des situations décrites à la question 5 le phénomène dediffusion joue-t-il un rôle? Justifiez votre réponse.


7. Identifiez les structures du système respiratoire.

8. Décrivez ce qu’il advient du diaphragme, des côtes, des muscles intercostaux et dudéplacement de l’air lors d’une inspiration.

9. Dans quelle partie du système respiratoire les échanges gazeux se produisent-ils ?

Diaphragme

Poumons

Trachée

Pharynx

Alvéoles

Bronches

Fosses nasales

Bronchioles

Lors d’une inspiration, le diaphragme s’abaisse et la contraction des muscles

intercostaux provoque le soulèvement des côtes. Ces mouvements font augmenter

le volume de la cage thoracique, ce qui crée une diminution de pression dans les

poumons et provoque le déplacement de l’air de l’extérieur vers l’intérieur des

poumons.

Dans les alvéoles pulmonaires.

Dans les situations a, b et d, parce qu’il s’agit de variations de volume impliquant

un gaz dans des systèmes ouverts.



3/3

8.11

10. Si nous sommes touchés par une extinction de voix, quelle partie du systèmerespiratoire est principalement affectée?

11. a) Le schéma suivant illustre une alvéole remplie d’air inspiré. À l’aide de flèches,représentez les échanges gazeux entre l’alvéole et le capillaire.

b) Représentez par une flèche rouge le sens du déplacement des molécules de dioxygène.

c) Représentez par une flèche bleue le sens du déplacement des molécules de dioxyde de carbone.

d) Justifiez les déplacements suivants en utilisant le principe de diffusion.

1. Le déplacement du dioxygène :

2. Le déplacement du dioxyde de carbone :

La capacité pulmonaire et le rythme respiratoire

12. Qu’est-ce que la capacité pulmonaire?

13. Quel appareil sert à mesurer la capacité pulmonaire?

14. Quels facteurs peuvent influencer la capacité respiratoire?

Alvéole

Capillairesanguin

Flèche rouge Flèche bleue

Le larynx, là où sont situées les cordes vocales.

Il y a plus de dioxygène dans l’air inspiréprésent dans l’alvéole que dans les capillaires sanguins. Ainsi, le dioxygènese diffuse des alvéoles vers les capillaires sanguins.

Dans les capillaires sanguins despoumons, il y a plus de dioxyde de carbone provenant de la respirationcellulaire qu’il n’y en a dans l’air inspiré présent dans l’alvéole. Ainsi, ledioxyde de carbone sort des capillaires et se diffuse vers l’alvéole pour êtreévacué par l’expiration.

La capacité pulmonaire est le volume maximum d’air pouvant être inspiré.

Le spiromètre.

Le sexe, l’âge, l’état de santé, l’hygiène pulmonaire, l’hérédité et la taille.

Documents reproductibles

SAVOIRSFiches


SYNERGIE • Fiches SAVOIRS Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 30ATS

NOM : GROUPE : DA TE :


La double fonction du système respiratoire

1. Le système respiratoire a une double fonction :

• Première fontion :

• Deuxième fonction :

L’anatomie du système respiratoire

2. Complétez le schéma suivant en y inscrivant les différentes parties du systèmerespiratoire.

3. Muscle qui a aussi une fonction dans la respiration :

SAVOIRS

S 15

Chapitre 2 • L’univers vivantSection 2 • La fonction de nutrition, p. 89 à 95

1/3

SAVOIRS

1/3


SYNERGIE • Fiches SAVOIRSReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 31 ATS

NOM : GROUPE : DA TE : SAVOIRS

Les voies respiratoires

4. Tableau synthèse des voies respiratoires.

Les poumons

5. Complétez les phrases suivantes.

Les poumons, gauche et droit, abritent les et les

. Ils sont enveloppés par une double membrane, nommée

, qui adhère aux parois de la cage thoracique et au diaphragme.

S 15 2/3

Description et rôleParties des voies respiratoires

Deux cavités, tapissées de poils, de cils et de glandes à mucus,présentes dans le nez.

Rôle de ces cavités :

À la fois une voie respiratoire et .

Organe fait principalement de cartilage qui contient les

.

Située devant l’œsophage et constituée d’anneaux de cartilage, sasurface interne est recouverte d’un mucus et de petits cils vibratiles.

Rôle du mucus :

Rôle des cils vibratiles :

Au nombre de , conduits formés de la division de la

trachée qui pénètrent directement dans les poumons droit et gauche.

Constituées, comme la trachée, d’anneaux de cartilage et

munies de cils et de glandes à

.

Elles se divisent en .



6. Tableau synthèse des poumons.

La physiologie du système respiratoire

7. Les mouvements qui permettent à l’air d’entrer dans les poumons et d’en sortir

surviennent en deux étapes : et .

8. Tableau synthèse des mouvements respiratoires.

Les échanges gazeux

9. Le dioxygène et le dioxyde de carbone traversent les parois des alvéoles. Ils passent

d’un milieu où la concentration en gaz est grande vers un milieu où la concentration

en gaz est faible. Nom donné à ce phénomène :

10. Lors des échanges gazeux au niveau des alvéoles :

• le dioxygène contenu dans l’air inspiré diffuse à travers les minces parois des

jusqu’aux ;

• le dioxyde de carbone diffuse des vers les

et est éliminé au moment de l’expiration.

SAVOIRS

S 15 3/3

Inspiration ExpirationOrganes ou facteurs à

l’œuvre dans la respiration

Côtes et sternum

Diaphragme

Volume du thorax etdes poumons

Pression de l’air dansles poumons

Déplacement de l’air

SAVOIRS

3/3

DescriptionParties des poumons

Ramifications des bronches qui se terminent par une

grappe .

Au nombre de 300 millions, elles permettent les échanges gazeux

grâce à

et grâce au .



La pression

1. Définition de pression :

2. a) Complétez la formule pour calculer la pression :

b) N est le symbole de l’unité représentant un .

c) m2 est le symbole de l’unité représentant un .

d) N/m2 est donc le symbole de l’unité représentant un .

3. a) L’unité de pression dans le système métrique international est le .

Son symbole : .

b) Un pascal correspond à la pression générée par une force de newton

agissant sur une surface de .

c) Pour mesurer de grandes pressions, par exemple la pression atmosphérique à la

surface de la Terre, on utilise plutôt le , qui équivaut à

Pa.

d) Nommez deux autres unités de mesure de la pression avec leur abréviation.

•

•

4. Pour passer d’une unité de mesure à l’autre, on se base sur les équivalences suivantes,qui représentent les valeurs de la pression atmosphérique normale mesurée au niveaude la mer.

kPa = mm de Hg = atm

SAVOIRS

S 52

Chapitre 3 • L’univers matérielSection 4 • Les fluides, p. 279 à 286

1/2

=P =

F =

A =

ATS


SYNERGIE • Fiches SAVOIRSReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 103

Les facteurs qui influencent la valeur de la pression

5. Tableau synthèse des facteurs qui influencent la valeur de la pression.

La pression et la théorie particulaire

6. a) Définition de fluide :

b) Tous les et les sont des fluides.

c) Lorsque les particules d’un fluide entrent en contact avec les parois du récipient

qui le contient, elles y exercent une ou une . Plus

il y aura de ou de contacts avec les parois du récipient, plus la

exercée par le fluide sera .

7. a) C’est la qui cause le déplacement des fluides.

b) Les fluides se déplacent toujours d’une zone où la pression est

vers une zone où la pression est .

c) Pour les fluides gazeux, ce phénomène porte le nom de .

SAVOIRS

S 52 2/2

Relation entre la pression et l’aire (surface) sur laquelle la force s’applique

Relation entre la pression et la force appliquée

Relationmathématique

Explication

Diagramme

Pour une même force :

• Plus la surface est grande, plus la

pression est .

• Plus la surface est petite, plus la

pression est .

La pression varie de façon

à la surface où la force est appliquée.


à la force appliquée.

Pour une même surface :

• Plus la force est grande, plus la

pression est .

• Plus la force est petite, plus la

pression est .

La pression en fonction de l'aire La pression en fonction de la force

Pres

sio

n (P

a)

Aire (m2)

Pres

sio

n (P

a)

Force (N)

ATS


Les fluides compressibles et incompressibles

1. Définition de compressibilité :

2. Utilité de la compressibilité des gaz dans la vie de tous les jours :

3. Tableau synthèse des fluides compressibles et incompressibles.

4. Lorsqu’on exerce une pression sur un fluide incompressible, il y a transmission

de la force d’une particule à l’autre à l’intérieur de la substance. Ce phénomène force

le liquide à ou à

.

SAVOIRS

S 53

Chapitre 3 • L’univers matérielSection 4 • Les fluides, p. 286 et 287

SYNERGIE • Fiches SAVOIRS Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 104

Fluide Fluide Type de fluide

État du fluide

Espace disponibleentre les particulesselon le type de fluide.

Effet d’une force surles particules selonle type de fluide.

Effet d’une force surle volume selon letype de fluide.

ATS


SYNERGIE • Fiches SAVOIRSReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. 105

La relation entre pression et volume

1. Tableau synthèse de la relation entre la pression et le volume d’un fluidecompressible.

2. Complétez la phrase suivante.

À constante, la pression d’une quantité donnée de

gaz varie de façon au volume occupé par le gaz,

et vice versa.

3. Complétez le diagramme suivant, qui illustre la relation entre la pression d’un gaz et le volume qu’il occupe.

SAVOIRS

S 54


Représentation à l’aide du modèleparticulaire

Conséquence surles particules

Il y a de

collisions entre les particules et les

parois du contenant.

Il y a de



Pression exercéepar le gaz

La pression exercée par le gaz est

.


.

Pres

sio

n (P

a)

Volume (L)

La pression d’un gaz en fonction de son volume

Le fluide compressible (gaz) occupe un grand volume

Le fluide compressible (gaz) occupe un petit volume

SYNERGIE • Fiches SAVOIRSReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.

Le tracé géométrique

1. Définition de tracé géométrique :


Le tracé géométrique nécessite généralement l’utilisation ,

mais il peut également être réalisé sous la forme d’un .

Il comporte toujours des .

3. a) Le matériel nécessaire pour la réalisation du tracé géométrique :

b) Indiquez dans les cases le nom du matériel utilisé pour réaliser le tracégéométrique. Faites votre choix parmi les instruments suivants : crayon à mine 2H, crayon à mine HB, équerre de 45°, gabarit de cercle ou compas.

4. Utilité du cartouche au bas d’un dessin technique :


117

SAVOIRS

S 60

Chapitre 4 • L’univers technologiqueSection 1 • Le langage des lignes, p. 327

ATS

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•



S 61

Les formes de représentation : le croquis et le dessin technique

1. Définition de croquis :

2. À quoi sert le dessin technique?


se veut une ébauche, un dessin approximatif, une sorte de

prélude au dessin technique. Pour sa part, doit être fait à

l’aide d’instruments de dessin ou à l’ordinateur. Il fournit, ,

tous les renseignements précis qui concernent .

4. Trois instruments de dessin utilisés en dessin technique :

•

•

•

5. Identifiez le croquis et le dessin technique.


a) b)

Les standards et représentations : les schémas et les symboles

Les schémas

1. Définition de schéma de principe :

2. Éléments qu’on trouve dans un schéma de principe :

a) ;

b) ;

c) .


Dans un schéma de principe, on indique les et

les en utilisant des symboles normalisés. Le

schéma de principe n’a pas à être fait .

4. Dans le schéma de principe suivant d’une dégrafeuse, indiquez dans les cases si leséléments pointés sont des pièces, des mouvements ou des forces.

5. Définition de schéma de construction :

6. Éléments qu’on trouve dans un schéma de construction :

a) ;

b) ;

c) ;

d) .


S 73

Chapitre 4 • L’univers technologiqueSection 1 • Le langage des lignes, p. 343 à 349

1/4




7. Complétez le tableau suivant, qui présente les étapes à suivre pour tracer un schémade construction.

Les symboles


Dans les schémas de principe et les schémas de construction, on utilise des

pour indiquer les types de ,

les types de et les types de

qui entrent en jeu dans la conception et la construction de l’objet technique.

SAVOIRS

S 73 2/4

Plastique de protection

RivetLevier supérieur

Acier

Plastique

Vue de face

Rivet Liaison complète

Rivet

Levier inférieur

Rivet

Pivot

Acier

Pivot

Acier

Plastique

Ressort à action angulaire

Vue de haut

Échelle 1 : 2

Étapes

1.

2.

3.

4.

Exemples

SYNERGIE • Fiches SAVOIRS Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.

9. Complétez le tableau suivant.

Les symboles normalisés pour représenter les types de forces


Les symboles normalisés pour représenter les types de mouvements


134ATS

SAVOIRS

S 73 3/4

Types de forces

Types de mouvements

Symboles normalisés


Types de forces

Types de mouvements



Force qui a tendance àplier un objet

Force qui a tendance àétirer un objet ou àéloigner deux objets

Force qui a tendance àcomprimer un objet ou àrapprocher deux objets

Mouvement décrivant une trajectoire rectilignedans une seule et mêmedirection

Force qui a tendance àcouper ou à déchirer unobjet

Force qui a tendance àtordre un objet

Mouvement décrivantune trajectoire rectilignedans les deux directions

Mouvement décrivantune trajectoire circulairedans un seul et mêmesens

Mouvement décrivantune trajectoire circulairedans les deux sens

Mouvement décrivantune trajectoire en hélice bidirectionnelle



S 73 4/4


Les symboles normalisés pour représenter les types de liaisons


Les symboles normalisés en électricité

Composantes électriques

Types de liaisons


Composantes électriquesSymboles

normalisés

Symboles normalisés Types de liaisons Symboles normalisés

Deux pièces sont liées.Rien ne bouge.

Deux surfaces planessont liées. Rien nebouge.

Le mouvement est libreen rotation.

Documents reproductibles

SAVOIRSFiches

CORRIGÉ


SYNERGIE • Fiches SAVOIRS Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. C30ATS



La double fonction du système respiratoire

1. Le système respiratoire a une double fonction :

• Première fontion :

• Deuxième fonction :

L’anatomie du système respiratoire

2. Complétez le schéma suivant en y inscrivant les différentes parties du systèmerespiratoire.

3. Muscle qui a aussi une fonction dans la respiration :

SAVOIRS

S 15

Chapitre 2 • L’univers vivantSection 2 • La fonction de nutrition, p. 89 à 95

1/3

SAVOIRS

1/3

Approvisionner les cellules de l’organisme en dioxygène pour qu’elles

puissent effectuer la combustion cellulaire.

Éliminer le dioxyde de carbone, un déchet toxique produit par la

combustion cellulaire.

Fosses nasales

Larynx

Trachée

Bronche

Poumon droit

Bronchiole

Alvéoles

Diaphragme

Pharynx

Poumon gauche

Le diaphragme.

C O R R I G É

SYNERGIE • Fiches SAVOIRSReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. C31 ATS


Les voies respiratoires

4. Tableau synthèse des voies respiratoires.

Les poumons


Les poumons, gauche et droit, abritent les et les

. Ils sont enveloppés par une double membrane, nommée

, qui adhère aux parois de la cage thoracique et au diaphragme.

S 15 2/3

Description et rôleParties des voies respiratoires

Deux cavités, tapissées de poils, de cils et de glandes à mucus,présentes dans le nez.

Rôle de ces cavités :

À la fois une voie respiratoire et .

Organe fait principalement de cartilage qui contient les

.

Située devant l’œsophage et constituée d’anneaux de cartilage, sasurface interne est recouverte d’un mucus et de petits cils vibratiles.

Rôle du mucus :

Rôle des cils vibratiles :

Au nombre de , conduits formés de la division de la

trachée qui pénètrent directement dans les poumons droit et gauche.

Constituées, comme la trachée, d’anneaux de cartilage et

munies de cils et de glandes à

.

Elles se divisent en .

Fosses nasales

Pharynx

Larynx

Trachée

Bronches

Filtrer l’air, le réchauffer et l’humidifier.

digestive

cordes vocales

Emprisonner les poussières présentes dans

l’air que nous respirons.

Repousser les poussières vers le haut

pour protéger les poumons.

deux

vibratiles

mucus

bronches secondaires

bronchioles

alvéoles

plèvre

C O R R I G É



6. Tableau synthèse des poumons.

La physiologie du système respiratoire

7. Les mouvements qui permettent à l’air d’entrer dans les poumons et d’en sortir

surviennent en deux étapes : et .

8. Tableau synthèse des mouvements respiratoires.

Les échanges gazeux

9. Le dioxygène et le dioxyde de carbone traversent les parois des alvéoles. Ils passent

d’un milieu où la concentration en gaz est grande vers un milieu où la concentration

en gaz est faible. Nom donné à ce phénomène :

10. Lors des échanges gazeux au niveau des alvéoles :

• le dioxygène contenu dans l’air inspiré diffuse à travers les minces parois des

jusqu’aux ;

• le dioxyde de carbone diffuse des vers les

et est éliminé au moment de l’expiration.

SAVOIRS

S 15 3/3

Inspiration ExpirationOrganes ou facteurs à

l’œuvre dans la respiration

Côtes et sternum

Diaphragme

Volume du thorax etdes poumons

Pression de l’air dansles poumons

Déplacement de l’air

SAVOIRS

3/3

DescriptionParties des poumons

Ramifications des bronches qui se terminent par une

grappe .

Au nombre de 300 millions, elles permettent les échanges gazeux

grâce à

et grâce au .

Ils s’abaissent au moment du

relâchement des muscles

intercostaux.

Ils se soulèvent au moment de

la contraction des muscles

intercostaux.

Il s’abaisse en se contractant. Il s’élève en se relâchant.

Il augmente. Il diminue.

Elle diminue. Elle augmente.

L’air entre. L’air sort.

La diffusion.

alvéoles capillaires

capillaires

alvéoles

Alvéoles

Bronchioles

d’alvéoles

leur membrane très mince et perméable

réseau de capillaires qui les recouvrent.

l’inspiration l’expiration

C O R R I G É


La pression

1. Définition de pression :

2. a) Complétez la formule pour calculer la pression :

b) N est le symbole de l’unité représentant un .

c) m2 est le symbole de l’unité représentant un .

d) N/m2 est donc le symbole de l’unité représentant un .

3. a) L’unité de pression dans le système métrique international est le .

Son symbole : .

b) Un pascal correspond à la pression générée par une force de newton

agissant sur une surface de .

c) Pour mesurer de grandes pressions, par exemple la pression atmosphérique à la

surface de la Terre, on utilise plutôt le , qui équivaut à

Pa.

d) Nommez deux autres unités de mesure de la pression avec leur abréviation.

•

•

4. Pour passer d’une unité de mesure à l’autre, on se base sur les équivalences suivantes,qui représentent les valeurs de la pression atmosphérique normale mesurée au niveaude la mer.

kPa = mm de Hg = atm


S 52

Chapitre 3 • L’univers matérielSection 4 • Les fluides, p. 279 à 286

1/2

=P =

F =

A =

PA

FPression en N/m2

Force en N

Aire en m2

Mesure d’une force exercée sur une surface.

newton

mètre carré

newton par mètre carré

pascal

Pa

1

1 mètre carré

kilopascal (kPa)

1 000

Millimètres de mercure (mm de Hg)

Atmosphères (atm)

101,3 760 1

C O R R I G É

ATSSYNERGIE • Fiches SAVOIRSReproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. C103


Les facteurs qui influencent la valeur de la pression

5. Tableau synthèse des facteurs qui influencent la valeur de la pression.

La pression et la théorie particulaire

6. a) Définition de fluide :

b) Tous les et les sont des fluides.

c) Lorsque les particules d’un fluide entrent en contact avec les parois du récipient

qui le contient, elles y exercent une ou une . Plus

il y aura de ou de contacts avec les parois du récipient, plus la

exercée par le fluide sera .

7. a) C’est la qui cause le déplacement des fluides.

b) Les fluides se déplacent toujours d’une zone où la pression est

vers une zone où la pression est .

c) Pour les fluides gazeux, ce phénomène porte le nom de .

SAVOIRS

S 52 2/2

Relation entre la pression et l’aire (surface) sur laquelle la force s’applique

Relation entre la pression et la force appliquée

Relationmathématique

Explication

Diagramme

Pour une même force :

• Plus la surface est grande, plus la

pression est .

• Plus la surface est petite, plus la

pression est .


à la surface où la force est appliquée.


à la force appliquée.

Pour une même surface :

• Plus la force est grande, plus la

pression est .

• Plus la force est petite, plus la

pression est .

La pression en fonction de l'aire La pression en fonction de la force

Pres

sio

n (P

a)

Aire (m2)

Pres

sio

n (P

a)

Force (N)

Substance qui, n’ayant pas de forme définie, a la capacité de

s’écouler dans toutes les directions.

liquides gaz

différence de pression

force

collisions

pression grande

pression

élevée

basse

diffusion

faible

grande

grande

faible

inversement proportionnelle directement proportionnelle

C O R R I G É

ATS

Les fluides compressibles et incompressibles

1. Définition de compressibilité :

2. Utilité de la compressibilité des gaz dans la vie de tous les jours :

3. Tableau synthèse des fluides compressibles et incompressibles.

4. Lorsqu’on exerce une pression sur un fluide incompressible, il y a transmission

de la force d’une particule à l’autre à l’intérieur de la substance. Ce phénomène force

le liquide à ou à

.


S 53


SYNERGIE • Fiches SAVOIRS Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc. C104

Fluide Fluide Type de fluide

État du fluide

Espace disponibleentre les particulesselon le type de fluide.

Effet d’une force surles particules selonle type de fluide.

Effet d’une force surle volume selon letype de fluide.

compressible

Gazeux Liquide

Relativement grand

Les particules se rapprochent.

Le volume diminue.

Les particules ne peuvent pas se

rapprocher.

Le volume ne change pas.

Petit

incompressible

Capacité de pouvoir diminuer de volume sous l’effet d’une

force.

Permet d’entreposer

de grands volumes de gaz dans des espaces restreints. Par exemple, on peut entreposer l’air

nécessaire à une plongée de plusieurs heures dans une petite bouteille que le plongeur

pourra transporter.

sortir du récipient

se déplacer le long d’un tube ou d’une canalisation

C O R R I G É

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La relation entre pression et volume

1. Tableau synthèse de la relation entre la pression et le volume d’un fluidecompressible.


À constante, la pression d’une quantité donnée de

gaz varie de façon au volume occupé par le gaz,

et vice versa.

3. Complétez le diagramme suivant, qui illustre la relation entre la pression d’un gaz et le volume qu’il occupe.

SAVOIRS

S 54


Représentation à l’aide du modèleparticulaire

Conséquence surles particules

Il y a de



Il y a de



Pression exercéepar le gaz


.


.

Pres

sio

n (P

a)

Volume (L)

La pression d’un gaz en fonction de son volume

Le fluide compressible (gaz) occupe un grand volume

Le fluide compressible (gaz) occupe un petit volume

température

inversement proportionnelle

moins plus

faible élevée

C O R R I G É

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Le tracé géométrique

1. Définition de tracé géométrique :


Le tracé géométrique nécessite généralement l’utilisation ,

mais il peut également être réalisé sous la forme d’un .

Il comporte toujours des .

3. a) Le matériel nécessaire pour la réalisation du tracé géométrique :

b) Indiquez dans les cases le nom du matériel utilisé pour réaliser le tracégéométrique. Faites votre choix parmi les instruments suivants : crayon à mine 2H, crayon à mine HB, équerre de 45°, gabarit de cercle ou compas.

4. Utilité du cartouche au bas d’un dessin technique :


C117

SAVOIRS

S 60


ATS

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

planche à dessin ;

té ;

feuille de dessin ou feuille blanche ;

ruban adhésif ;

crayon à mine 2H ;

crayon à mine HB ;

calculatrice (facultatif) ;

règle ordinaire ou triangulaire ;

gomme à effacer ;

bouclier ;

équerre de 45° ;

équerre de 30°-60° ;

gabarit de cercle ou compas.

Équerre de 45°

Gabarit de cercle ou

compas

Ensemble des lignes qui forment un dessin technique à

deux dimensions.

d’instruments de dessin

croquis

lignes de base

On y inscrit divers renseignements comme le titre et l’auteure ou l’auteur du tracé

géométrique, la date, le numéro du dessin et l’échelle utilisée.

Crayon à mine 2H

Crayon à mine HB

C O R R I G É



S 61

Les formes de représentation : le croquis et le dessin technique

1. Définition de croquis :

2. À quoi sert le dessin technique?


se veut une ébauche, un dessin approximatif, une sorte de

prélude au dessin technique. Pour sa part, doit être fait à

l’aide d’instruments de dessin ou à l’ordinateur. Il fournit, ,

tous les renseignements précis qui concernent .

4. Trois instruments de dessin utilisés en dessin technique :

•

•

•

5. Identifiez le croquis et le dessin technique.


a) b)

Il sert de référence aux ouvriers, aux architectes et aux

machinistes.

Dessin effectué sans l’aide d’instruments ni de mesures.

Le croquis

le dessin technique

à l’échelle

la forme et les dimensions de l’objet

Compas

Règle

Rapporteur d’angles

Croquis Dessin technique

C O R R I G É

Les standards et représentations : les schémas et les symboles

Les schémas

1. Définition de schéma de principe :

2. Éléments qu’on trouve dans un schéma de principe :

a) ;

b) ;

c) .


Dans un schéma de principe, on indique les et

les en utilisant des symboles normalisés. Le

schéma de principe n’a pas à être fait .

4. Dans le schéma de principe suivant d’une dégrafeuse, indiquez dans les cases si leséléments pointés sont des pièces, des mouvements ou des forces.

5. Définition de schéma de construction :

6. Éléments qu’on trouve dans un schéma de construction :

a) ;

b) ;

c) ;

d) .


S 73

Chapitre 4 • L’univers technologiqueSection 1 • Le langage des lignes, p. 343 à 349

1/4


Force Pièces

Mouvements

C O R R I G É

Représentation simplifiée d’un objet technique qui sert

à expliquer les forces et les mouvements entrant en jeu dans le fonctionnement de l’objet.

Forme de dessin technique qui indique la façon de

construire un objet et qui précise les matériaux utilisés et les liaisons qui unissent les pièces.

le nom des pièces

les mouvements effectués par les pièces

les forces en action

toutes les pièces composant l’objet technique

les matériaux à utiliser

les dimensions précises des composantes et l’échelle

les liaisons entre les pièces

mouvements effectués

forces en action

à l’échelle



7. Complétez le tableau suivant, qui présente les étapes à suivre pour tracer un schémade construction.

Les symboles


Dans les schémas de principe et les schémas de construction, on utilise des

pour indiquer les types de ,

les types de et les types de

qui entrent en jeu dans la conception et la construction de l’objet technique.

SAVOIRS

S 73 2/4

Plastique de protection

RivetLevier supérieur

Acier

Plastique

Vue de face

Rivet Liaison complète

Rivet

Levier inférieur

Rivet

Pivot

Acier

Pivot

Acier

Plastique

Ressort à action angulaire

Vue de haut

Échelle 1 : 2

Étapes

1.

2.

3.

4.

Exemples

Représenter à l’échelle toutes les pièces

composant l’objet technique.

Pour chacune des pièces, identifier le

matériau sélectionné pour la fabrication.

Préciser les dimensions des différentes

pièces de l’objet et l’échelle.

Représenter les liaisons et les guidages

entre les composantes.

symboles normalisés forces

mouvements liaisons

C O R R I G É

SYNERGIE • Fiches SAVOIRS Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.


Les symboles normalisés pour représenter les types de forces


Les symboles normalisés pour représenter les types de mouvements


C134ATS

SAVOIRS

S 73 3/4

Types de forces

Types de mouvements



Types de forces

Types de mouvements



Force qui a tendance àplier un objet

Force qui a tendance àétirer un objet ou àéloigner deux objets

Force qui a tendance àcomprimer un objet ou àrapprocher deux objets

Mouvement décrivant une trajectoire rectilignedans une seule et mêmedirection

Force qui a tendance àcouper ou à déchirer unobjet

Force qui a tendance àtordre un objet

Mouvement décrivantune trajectoire rectilignedans les deux directions

Mouvement décrivantune trajectoire circulairedans un seul et mêmesens

Mouvement décrivantune trajectoire circulairedans les deux sens

Mouvement décrivantune trajectoire en hélice bidirectionnelle

Flexion

Tension

Compression

Cisaillement

Torsion

Translation rectiligne

unidirectionnelle

Translation rectiligne

bidirectionnelle

Rotation

unidirectionnelle

Rotation

bidirectionnelle

Mouvement hélicoïdal

bidirectionnel

C O R R I G É



S 73 4/4


Les symboles normalisés pour représenter les types de liaisons


Les symboles normalisés en électricité

Composantes électriques

Types de liaisons


Composantes électriquesSymboles

normalisés

Symboles normalisés Types de liaisons Symboles normalisés

Deux pièces sont liées.Rien ne bouge.

Deux surfaces planessont liées. Rien nebouge.

Le mouvement est libreen rotation.

Prise de courant

Pile électrique

Batteries de pile ou

d’accumulateur

Conducteur simple

Mise à la terre

Dispositif de protection

(fusible)

Interrupteur à bascule

Interrupteur à poussoir

Résisteur

Transformateur

Moteur

Ampèremètre

Voltmètre

Liaison complète

Liaison plane

complète

Liaison en

translation

Liaison partielle

d’une pièce guidée

en rotation et

en translation

C O R R I G É

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