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Guide d’une après-midi à la Maison de la Science :

Le vélo de l’énergie

1)Description du livret :

Durant la journée, tu auras besoin de ce livret à différents moments.

a) Dans le train, en direction de Liège, tu auras l’occasion de participer à des jeux pour te familiariser avec les notions dont on parlera pendant la visite du musée.

Tu trouveras donc, en première partie de ce livret, les règles du jeu de l’Electrocuté qui se joue de 2 à 4 joueurs. Ensuite, si tu le désires, un « mots cachés » te permettra de t’occuper avant l’arrivée en gare de Liège à 12h50.

Nous t’invitons également à manger durant le trajet car le temps nous sera compté en sortant du train.

b) Lors de la visite, tu découvriras de nombreuses expériences. La visite se fera en deux parties : -Le vélo de l’énergie-Les transformations d’énergie en chimie et/ou en physiqueChacune de ses parties comporte une explication des différentes expériences que tu verras.

De plus, tu devras remplir un tableau de données sur les défis réalisés durant le « vélo de l’énergie ». N’oublie surtout pas de le compléter car tu en auras besoin lors du retour vers Gembloux.

c) Lors du trajet retour, nous te demandons de réaliser quelques liens entre mathématiques et sciences. C’est ici que ton tableau de donnée te sera utile. Les graphiques devront être réalisés avant l’arrivée en gare de Gembloux prévu vers 17h30.

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2)Dans le train :

1. Règles du jeu «   L’électrocuté   »

Matériel :

- 31 cartes (une carte « électrocuté » + 15 paires)

But du jeu :

- Ne plus avoir de cartes en main et s’être débarrassé de la carte « électrocuté ».

Déroulement :

1) Distribuer toutes les cartes du jeu entre les joueurs.

2) Chaque joueur enlève de son jeu les paires de cartes qu’il a pu constituer et les conserve auprès de lui pour vérifier les associations en fin de partie : une paire se compose de deux cartes liées autour d’une même notion.

Exemple   :

Les autres joueurs vérifient les paires déposées.

3) À tour de rôle, chaque joueur pioche une carte dans le jeu de son voisin de droite. S’il peut former une nouvelle paire, il la met de côté. Sinon, il conserve la carte et c’est au joueur à sa droite de piocher.Si une paire est déposée, les autres joueurs doivent vérifier l’association des deux cartes.

4) Le perdant est celui qui possède « l’électrocuté » lorsque les autres joueurs, eux, ne possèdent plus de cartes.

5) À la fin de la partie, chaque paire doit être vérifiée à l’aide d’un correctif.

2. Mots cachés

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Théorème de Pythagore

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3. Lexique

L’énergie est la capacité d’un système à produire un travail. La puissance est la capacité d’énergie par unité de temps fournie par un

système à un autre. La calorie est la quantité d’énergie nécessaire pour élever de 1°C la

température d’1g d’eau à 15°C sous une atmosphère normale Le kilowattheure est l’énergie consommée par un appareil d’une

puissance d’un kilowatt qui a fonctionné pendant une heure

Notion Unité(s)

Vitesse Km/h ou m/s

Énergie Joule (J)

Puissance Watt (W)

Kilowattheure kWh

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2) Lors de la visite

1) Le vélo de l'énergie

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Titre des activités Descriptif des activités

Vitesse et énergie

Un cycliste doit réaliser un parcours où il grimpe la butte Montmartre en 30 secondes.L’objectif est de mesurer la puissance fournie par le cycliste.La puissance habituelle d'un cycliste amateur se situe entre 200 et 300 Watts. Les « meilleurs » professionnels peuvent développer une puissance moyenne de 400 W pendant le Tour de France (Armstrong, Contador, Rasmussen).Dans notre situation, l’animateur peut augmenter la résistance du pédalier afin que le cycliste développe une plus grande puissance.

Energie et aliments

Un cycliste doit dépenser l’équivalent énergétique d’un brocoli, d’une banane ou d’un gâteau en 30 secondes.Les énergies apportées par les différents aliments sont :5 kcal pour un brocoli, 100 kcal pour une banane et 350 kcal pour une portion de gâteau.L’objectif est d’établir une relation entre l'énergie fournie et la consommation calorique.Dans notre situation, l’animateur choisit l’aliment dont l’énergie doit être dépensée, ce qui nous force à réaliser qu’il faut produire beaucoup plus d’efforts selon le type d’aliment consommé.

Transport Un cycliste doit parcourir, en 30 secondes, la même distance que celle qu’un poids lourd, qu’une voiture ou qu’un scooter parcourt avec 25 centilitres d’essence.L’objectif est d’évaluer le correspondant énergétique d’une quantité définie d’essence en fonction du véhicule utilisé.Dans notre situation, l’animateur demande de produire l'énergie équivalente à celle fournie par 25 centilitres d’essence. Les 25 cl d'essence sont schématisés par un baril qui se vide progressivement.

Electricité Un cycliste doit griller une tartine dans un grille-pain en pédalant pendant 30 secondes.L'objectif est de comparer la puissance développée par le cycliste avec celle d'un appareil électroménager.Dans notre situation, l'animateur demande de produire l'énergie nécessaire pour griller cette tartine schématisée sur l'écran.

Stockage de Un cycliste doit alimenter une ampoule électrique, un ordinateur portable ou un sèche-cheveux pendant un

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l’énergie maximum de temps, avec l'énergie accumulée en 30 secondes d'effort.L'objectif est d'aborder le lien entre la quantité d'énergie stockée et la durée de fonctionnement de différents appareils électroménagers.Dans notre situation, l'animateur choisit le type d'objet à alimenter et fait la transition avec l'intérêt du stockage de l'énergie.

Production Un cycliste doit fournir le maximum d'énergie en 30 secondes.L'objectif est d'établir une proportion entre la production énergétique d'un cycliste et d'une centrale nucléaire, d'un barrage hydraulique ou d'un champ de 5 éoliennes.Dans notre situation, l'animateur fait comparer l'énergie produite par le cycliste aux autres méthodes de production d'énergie.

Solaire Un cycliste doit produire, en 30 secondes, autant d'énergie que 3 m² de panneau solaire, disposés de façon optimale.L'objectif est de comparer les rendements de différents panneaux solaires.Dans notre situation, l'animateur peut changer le type de panneau solaire.

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Relève les valeurs des différents défis effectués   :

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3) Les transformations d’énergie en chimie et/ou en physique

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A. Le slinky   :

Un ressort slinky descend un escalier. Il plonge sa tête vers la marche inférieure et déroule ses anneaux tandis que l’arrière entraîné par le mouvement bascule et tombe sur la marche suivante et ainsi de suite. Il y a une transformation de l’énergie potentielle (de gravitation, élastique) en énergie cinétique.

B. Le disque de Maxwell   :

Le disque de Maxwell est un disque plein suspendu à deux fils enroulés sur un axe horizontal passant par son centre. Ce disque fonctionne comme un yo-yo. Après un certain nombre de descentes et de remontées, le disque s’arrête lorsque l’énergie initiale a été complètement dissipée sous forme de chaleur par les frottements du fil.Pendant son mouvement de descente, le disque illustre la transformation d’énergie potentielle en énergie cinétique. Pendant la remontée, c’est la transformation de l’énergie cinétique en potentielle.

C. Le canard buveur   :

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Le canard buveur plonge et replonge son bec d’un mouvement lent dans un verre rempli d’eau. Le « corps » est à moitié rempli d’un liquide volatile (éther,…). Il suffit de mouiller la tête du canard pour déclencher le mouvement. Le liquide monte lentement dans le tube et le centre de gravité de l’objet se déplace vers le haut. Le canard se met à osciller et finit par plonger la tête dans l’eau. Il se redresse alors et recommence le même cycle sans intervention extérieure. Il continuera à osciller aussi longtemps que sa tête restera mouillée.

D. Réaction de l’oxyde de calcium avec l’eau

La pochette contient un liquide qui est composé d’oxyde de calcium et d’eau ainsi qu'une plaquette. Lorsqu'on tord la plaquette à l'intérieur, on crée une transformation du corps liquide en solide. Ce phénomène libère de l'énergie sous forme de chaleur.

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1)Au trajet du retour : Liens avec les mathématiques

1) Trace le graphique de l’énergie (en kcal) en fonction de l’énergie (en kJ). Quelle relation existe-t-il entre ces deux grandeurs ?

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2) Quel élève a fourni la puissance moyenne la plus élevée ? Pour répondre à cette question, réalise le graphique de l’énergie (en Wh) en fonction du temps (en h).

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