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Trébuchet - Cycle 3 Ce module est à mettre en place en parallèle avec le programme d’histoire. En effet, il nous semble judicieux d’aborder le fonctionnement de ces machines de guerre en même temps que le château fort et son attaque. La construction de trébuchets fait intervenir quelques notions sur les leviers, mais également sur l’équilibre et l’amplitude des lancers. Le trébuchet ne répond donc pas uniquement à des lois physiques. Par ailleurs, des contraintes techniques de construction sont à prendre en compte pour comprendre les solutions retenues pour ces catapultes médiévales. Une visite d’un site exposant des engins de guerre du Moyen-Age en fonctionnement pourra se faire en introduction ou en prolongement du module (Provins, Château de Tiffauges,…) OBJECTIF : faire découvrir les variables (place de l’axe ou pivot, masse du projectile et masse et place du contrepoids) d’un trébuchet pour le rendre le plus efficace possible. CONNAISSANCES A CONSTRUIRE : - des situations d’équilibre.

- une force a plus d’effet si elle est appliquée à une plus grande distance de l’axe.

MATERIEL : 4 trébuchets modulables

4 contrepoids de 200gr (non fournis) 4 décamètres ou tout autre moyen de comparer des distances (non fournis)

Fiche de relevés Projectiles : 3X3 « Œufs surprises » en plastique (avec de la pâte à modeler, avec de la semoule, vide)

Images de catapulte et de trébuchet Images sur transparent de catapulte et de trébuchet et un rétroprojecteur (non fournis) 1 contrepoids supplémentaire de 500 gr (non fourni) Vidéo Maquettes de catapulte et trébuchet montées

VOCABULAIRE : catapulte, trébuchet, levier, potence, axe, poids, contrepoids, projectile.

Séance 1 - comparer deux engins de lancer du point de vue de leur constitution et de leur fonctionnement.

- Identifier et nommer les parties de ces engins.

Séance 2 - Savoir placer l’axe du levier de manière optimale.

Séance 3 - Associer masse du projectile et performance du lancer.

Séance 4 - Associer masse du projectile et masse du contrepoids.

Séance 5 - Comprendre l’incidence de la place du contrepoids sur le bras de levier

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Séance 1

Ce qui pilote la séance : faire apparaître les différences entre une catapulte et un trébuchet. Identifier et savoir nommer les parties qui composent un trébuchet Compétences : - faire fonctionner une catapulte et un trébuchet

- nommer les parties - comparer deux machines de guerre

Matériel : images plastifiées (n°1, n°2 ) ou sur transparents

vidéo du module maquettes de catapulte et de trébuchet montées

1 document à légender par élève (document n°1) DEROULEMENT : L’enseignant présente les images de catapulte (n°1 ) et trébuchet (n°2) et demande aux élèves s’ils en connaissent la fonction. Il propose aux élèves de tester les deux maquettes afin d’en observer le fonctionnement. Note pour le maître : Ce sont des engins de guerre qui permettaient de lancer des projectiles. La catapulte date de l’époque romaine ; elle fonctionne grâce à un système de tension de corde et de barre d’arrêt du levier. Le trébuchet date du moyen-âge ; il fonctionne par un système de contrepoids et de fronde qui augmente l’amplitude. Par petits groupes, il leur demande de comparer les deux engins et d’identifier les éléments communs et différents. Lors d’une synthèse collective, on précise le vocabulaire et on amène les mots «levier », « potence », « axe », « contrepoids » et « projectile ». La classe visionne la vidéo. Devant le groupe classe, l’enseignant nomme et situe sur le trébuchet les éléments vus précédemment. Il le fait fonctionner. En fin de séance, on donne aux élèves une reproduction de catapulte et de trébuchet qu’ils devront légender. (document n°1)

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Séance 2 Ce qui pilote la séance : découvrir par tâtonnement la position optimale de l’axe pour obtenir une distance de tir maximum. Matériel : 4 trébuchets démontés (avec un contrepoids de 200g) 4 projectiles (avec de la pâte à modeler) une fiche de relevés par groupe

document n°2 4 décamètres ou tout autre moyen de comparer des distances DEROULEMENT : La classe est divisée en 4 groupes. Le maître propose à chaque groupe un trébuchet dont le levier a été démonté et percé à plusieurs niveaux (5 trous : 1 au milieu, 1 plus proche du projectile et les 3 autres se rapprochant du contrepoids). On demande aux élèves de remonter le trébuchet de façon à ce qu’il envoie le projectile le plus loin possible. Les résultats sont indiqués sur la fiche de relevés et sont validés au cours d’une synthèse collective à la suite de laquelle on rédigera une conclusion commune : «Pour que le projectile aille le plus loin possible, l’axe (ou le pivot) doit être situé à 1/3 de distance du contrepoids ou à 2/3 de distance du projectile. » Note au maître : dans cette séance interviennent plusieurs variables. Cela ne permet donc pas de dégager une loi générale. On en restera à la recherche de la meilleure performance pour cette machine. Pour des raisons pratiques, nous avons fait le choix de percer 4 emplacements placés à 1/2, 1/3, ¼, 1/8 de la longueur du levier, repérés en prenant pour origine l’emplacement du contrepoids. 1/8 1/4 1/3 1/2 Il sera proposé de trouver un moyen de schématiser le montage qui correspond à la conclusion. (voir document n°2)

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Séance 3

Ce qui pilote la séance : amener les élèves à comprendre l’incidence de la masse du projectile sur la performance du lancer. Matériel : 4 trébuchets démontés 3 projectiles lestés différemment par groupe (œufs-surprises) 1 fiche de relevés par groupe 4 décamètres ou tout autre moyen de comparer des distances DEROULEMENT : Il est proposé aux élèves de tester un trébuchet, dont le placement du levier sur l’axe a été choisi lors de la séance 2 à savoir 1/3 du contrepoids, avec 3 projectiles de forme identique mais de masse différente. On le vérifie. Un contrepoids de 200 gr est installé pour les trois lancers. Les enfants remarquent que les projectiles ne tombent pas à la même distance parce que leur masse est différente. Le projectile le plus léger tombe plus loin que les autres. Les résultats sont indiqués sur la fiche de relevés et sont validés au cours d’une synthèse collective à la suite de laquelle on rédigera une conclusion commune. Après plusieurs essais, on dégagera la règle suivante : « Avec un même contrepoids, plus le projectile est léger, plus il tombe loin. »

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Séance 4

Ce qui pilote la séance : amener les élèves à comprendre l’incidence qu’a le contrepoids sur la performance du lancer. Matériel : 4 trébuchets démontés

DEROULEMENT : On rappelle les variables qui ont été testées pour améliorer les performances du trébuchet : « Pour que le projectile tombe le plus loin possible :

- l’axe du levier doit être placé à 1/3 de distance du contrepoids - le projectile doit être le plus léger possible »

A l’issue de la séance précédente, les élèves ont vu que plus le projectile est léger, plus il va loin. L’enseignant demande aux élèves de rappeler la fonction du trébuchet qui est d’envoyer des projectiles suffisamment lourds pour ébouler des murs. Les élèves doivent donc trouver un moyen pour envoyer le projectile lourd plus loin. Les élèves sont invités individuellement à émettre une proposition par écrit. Lors de la mise en commun, on écartera les propositions qui concernent les variables précédemment étudiées. On attend la proposition suivante : « Pour lancer loin un projectile lourd, il faut augmenter la masse du contrepoids. » Note au maître : il se peut que certains élèves proposent de déplacer le contrepoids ou de raccourcir le bras de levier du contrepoids (ce qui revient au même). Cette proposition est traitée en séance 5. On pourra prévoir un deuxième atelier en parallèle proposé en dernière séance.

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Séance 5

Ce qui pilote la séance : amener les élèves à comprendre l’incidence de la place du contrepoids sur le bras de levier. Matériel : - 4 trébuchets montés dans la configuration suivante : axe à 1/3 de

distance du contrepoids - projectile le plus lourd - contrepoids fixé à l’aide d’une pince à linge à l’extrémité du bras de levier.

DEROULEMENT : L’enseignant demande aux élèves de prévoir à quelle place le contrepoids permet un meilleur lancer. Ils mettront leur proposition par écrit en la justifiant avant de tester leur prévision. Après expérimentation, un schéma devra être réalisé par chaque élève, suivi d’une phrase explicative. Les élèves doivent aboutir à la conclusion suivante : « Le lancer est plus performant lorsque le contrepoids est éloigné de l’axe.» Note au maître : Le contrepoids à déplacer est attaché au bras de levier par un fil de fer, bloqué par une pince à linge, afin de pouvoir le faire coulisser. Il est possible de prolonger cette progression en travaillant avec le module « leviers et balances ».

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Montage du trébuchet

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Photo n°1 :

Catapulte romaine

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photo n°2 :

Trébuchet

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Document n°1

Catapulte romaine

Trébuchet

Rôles des catapultes et des trébuchets :

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Légende l’image du trébuchet avec les mots suivants :

levier, potence, axe, contrepoids, projectile.

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Fiche de relevés pour l’enseignant Séance 2 : place de l’axe (ou du

pivot) sur le levier Résultats

Conclusion 1 : Pour que le projectile aille le plus loin possible, l’axe (ou le pivot)

doit être situé au plus près du contrepoids c'est-à-dire au plus loin du projectile.

Séance 3 : masse du projectile Résultats

Conclusion 2 : Avec un même contrepoids, plus le projectile est léger, plus il

tombe loin.

Séance 4 : masse du contrepoids Résultats

Conclusion 3 : Pour lancer loin un projectile lourd, il faut augmenter le

contrepoids.

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Fiche de relevés Séance 2 :

Résultats

Conclusion 1 :

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Séance 3 :

Résultats

Conclusion 2 :

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Séance 4 :

Résultats

Conclusion 3 : ……………………………………………………………………………………………

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Document n°2

Schéma de montage du trébuchet (place de l’axe) pour l’enseignant

Contrepoids

Projectile

Contrepoids

L’axe est placé loin du contrepoids c'est-à-

dire près du projectile : le lancer n’est pas

performant.

Projectile

L’axe est placé près du contrepoids c'est-

à-dire loin du projectile : le lancer est

plus performant.

Pour que le projectile aille le plus loin possible, l’axe (ou le pivot) doit être situé à 1/3 de distance du contrepoids ou à 2/3 de distance du projectile.

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Document n°2

Schéma de montage du trébuchet (place de l’axe) pour l’élève

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