(Francais) Dash & Dot: Salut! Bonjour! (4e année)

Description

Il y a toutes sortes d'ondes : ondes « positives » ou ondes « négatives », ondes radio, micro ondes, ondes hertziennes... Mais surtout, les ondes sont partout et en tout temps autour de nous...

Objectifs

• Identifier les diverses ondes qui sont présentes autour de nous
• Comprendre comment les ondes transmettent de l'énergie par l'entremise de divers médiums
• Établir un modèle de l'amplitude, de la fréquence et de la longueur d'onde
• Créer un programme pour que Dash se déplace selon un modèle d'ondes

Robotique et accessoires

Autres accessoires

• 1 tablette compatible avec Blockly
• Feuille Axe graphique
• Optionnel : crayon, matériaux pour construire un porte-crayon et du papier
• 1 seau d'eau
• Une balle flottante
• Une corde (d'au moins 122 cm)
• Haut-parleur avec le cône accessible
• Du sable ou du riz
• Tablettes - (liste des appareils compatibles)

Qu'est-ce qu'une onde ?

Demander aux élèves de décrire certains types d'ondes qui sont présentes dans leur environnement. La plupart d'entre eux parleront de l'onde sur l'eau, mais certains nommeront probablement les ondes sonores ou lumineuses à la télé et sur l'Internet.

• À chaque exemple que donne un élève, demander comment ce type d'ondes se déplace.
  • Ils feront peut-être remarquer que les ondes s'éloignent de leur source.
  • Ou encore que les ondes se déplacent selon un patron précis.
  • Ils diront peut-être qu'un objet qui est déplacé par des ondes retourne à sa position originale une fois l'onde passée.

Si les élèves peinent à souligner les énoncés ci-dessus, revoir avec eux les exemples de types d'ondes qu'ils ont nommés après avoir fait l'activité sans tablettes.

Vocabulaire

Revoir les termes suivants avec les élèves :

• Onde : une onde est une perturbation qui voyage par l'entremise d'un médium et qui transfert de l'énergie d'un endroit à un autre.
• Médium : substance ou une matière qui transporte des ondes. Par exemple, le médium des ondes sonores est l'air, et le médium des ondes marines (ou des vagues) est l'eau.

Une onde se déplace en transférant son énergie d'un endroit à un autre par l'entremise d'un médium. Cette énergie amène le médium à bouger ou à réagir d'une certaine façon en transférant son énergie avant de revenir à son état initial.

Activités sans tablette : explorer les ondes

Installer autour de la classe 3 stations où les élèves pourront expérimenter divers types d'ondes. Séparer les élèves en 3 groupes qui se suivront à chacune des stations.

Les ondes sur l'eau

• Placer une balle flottante dans un seau d'eau suffisamment grand pour qu'elle se déplace bien.
• Les élèves agiteront l'eau avec leur main ou en laissant tomber dans le seau un objet.
• Observer attentivement comment l'eau bouge : elle monte ou descend, mais ne se déplace pas autour du seau.

Les ondes sur une matière solide

• Attacher le bout d'une corde à un mur ou à un autre objet fixe.
• Demander aux élèves d'agiter l'autre pour de la corde pour créer une onde. Ils peuvent l'agiter verticalement ou horizontalement.

Les ondes et les gaz

• Placer un haut-parleur de façon que le cône soit dirigé vers le haut. Y déposer une petite quantité de sable ou de riz.
• Les élèves feront jouer le haut parleur en modifiant le volume pour observer comment les ondes sonores bougent différemment en fonction du volume sonore.

Note : Utiliser un son assez solide comme le son d'une basse, car les sons bas produisent une vibration plus lente et donc plus facile à voir.

Discussion

Une fois ces trois expériences terminées, demander aux élèves ce qu'ils ont observé sur le déplacement des ondes à chaque station.

Qu'ont en commun les trois types d'ondes observés ? Qu'ont-ils de différent ?

• Dans tous les cas, les ondes s'éloignent du point de perturbation.
• Dans les exemples de l'eau et du gaz, les ondes se déplacent dans toutes les directions. Dans l'exemple de la corde, elle se déplace dans une seule direction, soit le long de l'objet solide.

Qu'est-ce qui a déclenché les ondes dans chacune des stations ? Quel est le médium ? Qu'est-ce qui s'est déplacé avec le médium ?

Ondes dans l'eau :

• Un élève a provoqué le mouvement des ondes en agitant la main dans l'eau ou en y laissant tomber un objet.
• Le médium était l'eau.
• L'énergie générée par la perturbation a été transportée par l'eau, provoquant l'ondulation. La balle n'a pas été déplacée par le médium.

Ondes sur une matière solide :

• Un élève a généré l'onde en agitant une extrémité de la corde.
• Le médium était la corde.
• L'énergie générée par l'élève qui agitait la corde a été transportée par le médium, qui a alors bougé.

Ondes et gaz :

• Les sons provenant du haut parleur ont provoqué les ondes.
• Le médium était l'air.
• Les ondes sonores ont voyagé à travers le médium, ce qui a provoqué les mouvements du cône par la perturbation de l'air. Le médium n'a pas fait bouger le sable ou le riz, mais par l'onde elle-même.

La balle qui bouge

Devant la classe, installer le seau d'eau avec la balle flottante de la leçon 1. Faire la démonstration qu'en laissant tomber un objet dans l'eau, la balle monte et descend.

Au tableau, tracer un axe : le trait horizontal représente le temps, le trait vertical représente la hauteur qu'atteint la balle. Indiquer le point de départ et dire aux élèves que ce point représente la balle au repos.

Lancer un objet dans le seau, en faisant attention pour ne pas que l'objet touche à la balle et demander aux élèves d'observer la balle monter et descendre avec l'onde.

Demander aux élèves de décrire les déplacements de la balle. Ils devraient mentionner que la balle se déplace de bas en haut et de haut en bas. Dessiner quelques points sur le graphique pour illustrer ces mouvements.

Lier les divers points tracés pour former une courbe qui illustre le tracé de l'onde.

Définir et nommer les principales propriétés du graphique : amplitude, fréquence et durée.

• Amplitude : La distance maximale franchie par un objet durant l'ondulation. Il s'agit de la distance franchie sur l'axe horizontal entre le creux et le pic de l'ondulation.
• Fréquence : Le nombre de répétitions de l'ondulation. Il s'agit du nombre d'ondulations qui se produisent dans un temps donné. Par exemple, dans le graphique ci-haut, la fréquence de l'ondulation est de deux cycles par minute.
• Durée : Le temps que prend une ondulation pour passer un point dans l'espace. C'est la contrepartie de la fréquence. Par exemple, dans le graphique ci-haut, sur une portée d'une minute, la durée est d'une demie minute, soit 30 secondes.

Refaire le graphique au tableau, cette fois en identifiant le trait horizontal comme étant la distance et le trait vertical comme étant la hauteur de l'ondulation. Dire aux élèves que le graphique de l'ondulation a la même forme que le graphique montrant le déplacement de la balle.

Définir et indiquer la longueur d'onde sur le graphique.

• Longueur d'onde : c'est la distance entre deux ondulations. Il s'agit en fait de la distance entre un creux de l'ondulation et le creux suivant, ou entre un pic de l'ondulation et le pic suivant.

Activité sans tablette : Joyeux toutou

Demander aux élèves d'imaginer un graphique représentant un chien qui remue la queue.

Remettre à chaque élève une feuille Axe graphique. En utilisant les notions qu'ils viennent tout juste d'apprendre, demander aux élèves de tracer le graphique représentant le mouvement d'ondulation de la queue. Le graphique est-il différent selon que la queue est longue ou courte ? Et qu'arrive-t-il au graphique selon que la queue bouge rapidement ou lentement ? Demander aux élèves de tracer plusieurs graphiques et de tous les étiqueter.

Les élèves peuvent présenter leurs graphiques à toute la classe ou former des groupes pour discuter de leurs résultats.

Voici certains éléments que les élèves peuvent utiliser :

• Au repos, la queue est bien droite derrière le chien.
• Lorsque la queue s’agite d’un côté à l’autre, elle parcourt la même distance d’un côté et de l’autre, et à la même vitesse.
• Une queue plus longue se déplacera plus loin alors qu’une queue plus courte se déplacera moins loin.
• Un chien agité bougera la queue plus rapidement alors qu’un chien calme la déplacera plus lentement.

Feuille Axe graphique

Imprimer une feuille pour chaque élève.

Dash fait des vagues

Comme l'ont constaté les élèves, les ondes ont un motif particulier. Ils devront maintenant programmer Dash pour qu'il reproduise un motif d'ondes et voir quelles variations apporter à la programmation pour que le robot illustre des vagues de tailles différentes.

Dash devra se déplacer vers l'avant et en tournant à des intervalles réguliers. S'il y a lieu, revoir dans Blockly les commandes qui devront être utilisées :

• Aller vers l'avant
• Tourner
• Répéter
• Identifier et utiliser une variable (optionnel)

Il s'agit d'un défi de programmation qui peut être plutôt complexe. Il faudra peut-être donner aux élèves un programme de base comme le programme Une simple vague ci-dessous. Ils doivent pouvoir lire et comprendre le programme, le modifier pour changer les caractéristiques de l'onde, puis tenter de trouver des façons d'améliorer le programme.

Programme Une simple vague

En appuyant sur Démarrer, Dash se déplacera selon un schéma de vague ou d'ondulation jusqu'à ce qu'on l'arrête.

Dash commencera à se déplacer en tournant à droite sur 180 degrés, puis en avançant sur y cm. Répéter ce mouvement x fois.

Dash tournera ensuite à gauche sur 180 degrés et avancera de y cm. Répéter ce mouvement x fois. Cela complète une longueur d'onde.

Répéter ces actions pendant toute la durée du programme.

Dans cet exemple, il faut un tour complet pour compléter les deux moitiés de l'ondulation. Cela signifie que chaque tournant équivaut à 180/6, soit 30 degrés.

Lorsqu'on augmente la valeur de x, on augmente à la fois l'amplitude et la longueur de la vague ou ondulation. Lorsqu'on augmente la valeur de y, on augmente à la fois l'amplitude et la longueur de la vague ou ondulation.

Programme Une simple vague avec des variables

Le programme ci-dessus peut également recourir à des variables pour qu'il soit plus facile de varier l'amplitude et la longueur d'onde.

L'orange représente x, la banane représente 180/x, le citron représente -180/x et la cerise représente y.

Utiliser le melon d'eau pour compter chaque boucle. Régler sa valeur à 0.

À l'intérieur de la première boucle, tourner le nombre de degrés équivalant à la banane, puis avancer le nombre de cm équivalent à la cerise. Augmenter la valeur du melon d'eau à 1. La boucle se poursuivra tant que la valeur de l'orange sera moindre que la valeur du melon d'eau.

Bien s'assurer de ramener la valeur du melon d'eau à 0 avant de passer à la deuxième boucle.

Pour la deuxième boucle, tourner le nombre de degrés équivalent au melon, puis avancer le nombre de cm équivalant à la cerise. Augmenter la valeur du melon d'eau à 1. La boucle se poursuivra tant que la valeur de l'orange sera moindre que la valeur du melon d'eau.

Répéter ces actions pendant toute la durée du programme.

Un programme de vague plus approprié

En appuyant sur le bouton Démarrer, Dash se déplacera en boucle jusqu'à ce qu'on l'arrête.

Au début, le programme fonctionne avec trois variables. Modifier la valeur de départ de l'orange et du melon d'eau modifiera la longueur d'ondes et l'amplitude de la vague ou de l'ondulation. La valeur de la banane est de 30, car chaque demi-longueur d'onde comporte 6 segments (soit 30° × 6 = 180°).

Pour la première boucle, avancer le nombre de cm équivalant à l'orange et tourner le nombre de degrés équivalant à la banane. Cela diminuera la valeur de l'orange dans la même proportion que la valeur du melon d'eau. La boucle sera répétée 4 fois.

S'assurer d'ajouter la valeur du melon d'eau à la variable de l'orange deux fois avant la deuxième boucle.

Pour la deuxième boucle, avancer le nombre de centimètres équivalant à l'orange et tourner le nombre de degrés équivalant à la banane. Augmenter ensuite la valeur de l'orange dans la même proportion que la valeur du melon d'eau. Cette boucle sera répétée 2 fois.

Avancer de nouveau du nombre de centimètres équivalant à l'orange et multiplier la valeur de la banane par -1.

Répéter ces actions pendant toute la durée du programme.

Dessiner sur papier

En option, les élèves pourraient fixer un crayon ou un marqueur à Dash et ainsi, dessiner le motif de la vague ou ondulation sur de longues feuilles de papier. S'assurer de bien fixer le papier au sol avec du ruban adhésif, ou utiliser un marqueur effaçable pour tracer le parcours sur un tableau blanc horizontal.

Demander aux élèves de tracer une courbe suivant le trajet de Dash afin que le motif de la vague ou ondulation soit plus facilement visible.

Après cet exercice, demander aux élèves de présenter leurs programmes à la classe. Ils devront expliquer comment ils ont modifié le programme pour obtenir des résultats différents et discuter des divers défis qu'ils ont dû relever. Les élèves pourront aussi comparer leurs solutions respectives et expliquer les différences qu'ils ont constatées entre elles.

Feuille d'évaluation

Utiliser cette feuille pour évaluer les élèves.

Grade 4 - Science

Light and Sound

2.2 investigate the basic properties of light

2.3 investigate the basic properties of sound

2.6 use appropriate science and technology vocabulary, including natural, artificial, beam of light, pitch, loudness, and vibration, in oral and written communication

Grade 4 Science

Physical Science :Light

Physical Science: Sound

STSE (Science Technology Society Environment)