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Exposition Le Cirque sort sa science

Du 6 janvier au 14 février 2014 à la MIPOP

Proposition d’activités
SOMMAIRE

I / Une démarche expérimentale ……………………………………………………………………………………………………….……..…P.3

II / Une approche sensitive de l’équilibre
Activité 1 : les positions impossibles ………………………………………………………………………………………………… P.4
Activité 2 : Essai des différents modules de cirque …………………………………………………………….………….… P.5
Activité 3 : La poutre ………………………………………………………………………………………………………….………....… P.6

III / Une approche matérielle de l’équilibre
Activité 4 : Qu’est-ce qui tombe, qu’est ce qui tient en équilibre ? …………………………….........……………. P.7
Activité 5 : Dessin ……………………………………………………………………………………………………………..…………….. P.8

IV/ Une approche expérimentale de l’équilibre
Activité 6 : le rouleau américain ………………………………………………..…………………………………………............ P.9
Activité 7 : l’escalier de Kaplas…………………………………………………………………….. ……………………………….P.10
Activité 8 : le bol et la bille …………………………………………………………………………………………………………… P.12
Activité 9 : le vélo équilibriste ……………………………………………………………………..……………………………. P.13
Activité 10 : le funambule ……………………………………………………………………………………………………………. P.14
Activité 11 : renverser des bouteilles d’eau…………………………………………………………………………………… P.15

V/ Déterminer un centre de gravité
Activité 12 : Détermination d’un centre de gravité par recherche d’un équilibre…………………….P.16
Activité 13 : Détermination d’un centre de gravité par un fil à plomb……………………………………... P.17

VI / Construction d’objets associés à l’équilibre
Activité 14 : Construction d’un mobile …………………………………………………………………………………………….P.18
Activité 15 : Construction d’un culbuto ……………………………………………………………………………………………P.19
Une démarche expérimentale

Par le questionnement, la confrontation d’idées et l’expérience, les élèves vont progressivement construire
des réponses valides pour interpréter un ensemble de phénomènes sur lesquels reposent les disciplines du
cirque.
La démarche proposée utilise des expériences sensibles, des photos, des maquettes, des dessins, illustrant
chacune des disciplines du cirque, suscite un questionnement, sollicite des hypothèses et des débats, propose
des expériences et des interprétations.
Pendant l’atelier, du matériel consommable sera utilisé. L’animateur pourra utiliser de vrais accessoires de
cirque pour illustrer son propos.

La visite de l’exposition « Le cirque sort sa science » permettra d’initier, de compléter et d’enrichir les notions
abordées pendant l’atelier.
Activité 1 : Les positions impossibles.

Objectif : Approche sensitive de l’équilibre
Matériel : un mur ; une porte
Consignes :

Montrer les dessins et demander aux enfants d’exécuter les consignes associées à chaque position dessinée.

Mettre la totalité de son flanc
contre le mur (bras, genou, pied
doivent toucher le mur).
Soulever l’autre jambe.

S’adosser au mur (dos, genoux,
chevilles doivent toucher le mur).
Aller toucher avec ses mains une
pomme posée au sol.

Se mettre face à la porte (nez, ventre
doivent toucher la porte).les pieds
sont de part et d’autre de la porte.
Se mettre sur la pointe des pieds.

Questionnement après essais :
Peut-on y arriver ? que se passe-t-il ?
Qu’est ce qui fait qu’on ne peut pas lever la jambe, toucher la pomme ou se mettre sur la pointe de
pieds comme sur le dessin ?
Dans quelles conditions peut-on lever la jambe, toucher la pomme ou se mettre sur la pointe des pieds ?
Conclusion :
Il faut pouvoir maintenir son équilibre global en déplaçant une partie de son corps. Dans les situations
proposées, les consignes de position de départ ne le permettent pas.

Activité 2: essai de différents modules du cirque.
Objectif : Approche sensitive de l’équilibre.
Matériel :




un fil tendu au dessus du sol
un rouleau américain
un monocycle

Consignes :
Demander aux enfants d’essayer les différents instruments mis à leur disposition.
Questionnement après essais :
Quelles sont les difficultés rencontrées ?
Quelles différences avec les situations proposées sur les dessins ?

Ils vont retrouver cette sensation de devoir déplacer une ou plusieurs parties de leur corps pour rester en
équilibre. La différence avec la situation précédente est que de tels mouvements d’une partie du corps sont
possibles… mais difficiles à moduler.
Conclusion :
Lorsqu’on bouge, l’ensemble du corps doit rester en équilibre par rapport au sol, faute de quoi, on tombe !
Pour que l’ensemble du corps reste en équilibre, il faut qu’une partie du corps puisse compenser exactement
une autre partie du corps à chaque instant.
Activité 3 : la poutre

Objectif : Approche sensitive de l’équilibre.
Matériel : une poutre
Consignes successives :
1.
2.
3.
4.
5.
6.

se tenir sur la poutre pieds écartés perpendiculairement à la poutre
se tenir sur la poutre pieds l’un derrière
marcher sur la poutre "normalement"
marcher sur la poutre les bras collés au corps
marcher sur la poutre en fermant les yeux
marcher sur la poutre en marche arrière

Questionnement après essais :
Quelles sont les consignes les plus faciles/difficiles?
Pourquoi ?
Se tenir les pieds perpendiculaires à la poutre c’est assez facile ; plus difficile les pieds l’un derrière l’autre
Pour rectifier son équilibre on écarte les bras ; plus difficile si on les laisse contre son corps
si on ferme les yeux on manque de repères pour rétablir l’équilibre
en marche arrière c’est déjà difficile de marcher droit en arrière au sol !

Conclusion :
Tout le corps intervient pour se maintenir son équilibre ; modifier la forme de son corps en « étalant » sa
masse autour de son point d’appui permet de rectifier son équilibre.
Les yeux transmettent des informations à notre cerveau (position dans l’espace, environnement proche…) qui
va ainsi réagir et faire bouger notre corps en conséquence.

Activité 4 : Qu'est-ce qui tient en équilibre, qu'est-ce qui tombe?
Objectif : Approche « matérielle » de l’équilibre.
Matériel : divers objets pouvant présenter des surfaces au sol différentes selon leur position, tels que livre,
crayon, cube, feuille de papier, cône, boule..

Consigne :
Tester l'équilibre de chaque objet dans plusieurs positions
Ex. : livre couché, livre debout, livre debout partiellement ouvert, crayon couché, crayon debout, feuille à plat ,
feuille roulée en cylindre debout,… cube sur un angle, sur une arête, sur une face, cône sur sa pointe, sur sa
base, couché, …

Laisser les élèves trouver de nouveaux objets à tester.
Demander aux élèves de classer ce qui est en équilibre stable (quand on tente de l’en écarter il y revient) , ce
qu’on arrive à mettre en équilibre, mais qui n’est pas un équilibre stable ( quand on tente de l’en écarter il n’y
revient pas) et ce qu’on n’arrive pas à mettre en équilibre. Leur faire faire un tableau à 3 colonnes. Faire
discuter sur les cas particuliers d’un cône posé sur une arête, ou d’une boule.
Faire repérer ce qui dans la forme et la position de l’objet produit un équilibre stable, instable, ou
« indifférent ».
Conclusion et interprétation:
La comparaison conduit à repérer que un objet est d’autant plus stable que son contact au sol est important ou
que sa masse est répartie au plus près du sol (ou encore que son centre de gravité est le plus bas).
La stabilité d’un même objet dépend parfois beaucoup de sa position : le cube est en équilibre stable posé sur
une face, il l’est beaucoup moins sur une arête ; écarté de sa position il n’y revient pas car tout écart fait que
son centre de gravité est plus haut ; il s’arrêtera sur une position stable différente, sur une face ! où le centre
de gravité est le plus bas possible pour cet objet (une demi arête de la face au sol).
Un cône est en équilibre stable sur sa base, mais instable sur sa pointe ; sur une arête, il est en équilibre dit
« indifférent » (déplacé à partir d’une position sur une arête, il se retrouvera sur une position identique sur
une autre arête, le centre de gravité est tout aussi bas !)) une boule est en équilibre indifférent quel que soit le
point de contact.

Activité 5 : Dessin.
Objectif : Réflexion sur les différents éléments matériels d’un numéro de cirque
Matériel : des feuilles et des crayons
consigne :
Demander aux enfants de choisir une discipline du cirque, d’en repérer les différents éléments matériels ( de
quoi se sert l’artiste) et de dessiner le numéro de cirque en prenant en compte ces éléments.
Dans beaucoup de numéros, on pourra repérer un objet qui contribue à la réalisation du numéro, et sur
lesquels les enfants feront des expériences à la MIPOP.





le rouleau américain
la barre dans les numéros de funambulisme sans appareil
le contrepoids dans les numéros de funambulisme avec appareil
la position des corps par rapport au point d’appui dans l’équilibre au sol

On pourra ensuite retravailler sur les dessins en cherchant par exemple à déterminer la nature de l’équilibre
(stable ou instable ?), le rôle de l’objet.
Activité 6 : Le rouleau américain.

Objectif : Approche expérimentale de la notion de point d’équilibre.

Matériel par groupe ou par élève :




une planchette fine rigide marquée de façon symétrique par des traits de crayon régulièrement
espacés
une tige cylindrique
des objets empilables de même masse ( ou gros morceaux de pâte à modeler)
la masse des objets doit être importante devant celle de la planchette

consigne :
- Demander aux enfants de trouver la position de la tige sous la planchette pour que celle-ci soit en équilibre.
- Recommencer la manipulation en positionnant deux objets de chaque côté de la planche sur les traits les plus
éloignés, au bout de la planche puis trois d’un côté et un de l’autre côté puis quatre du même côté.
- Recommencer en positionnant les objets sur d’autres traits.
Que se passe- t-il ?

Conclusion et interprétation :
On se rend compte que la position d’équilibre de la planche dépend de la répartition de la masse.
Si le centre de masse ou centre de gravité n’est pas au dessus du point d’appui, la planche tourne et n’est donc
pas en équilibre. Lors de l’équilibre, le centre de gravité est au point de contact entre la tige et la planchette.

Si la masse de la planchette est faible devant celle des objets empilables, on équilibrera 3 objets avec 1 objet
en positionnant ce dernier trois fois plus loin de la tige. Sinon il faut tenir compte du fait qu’il y a alors plus de
planchette d’un côté que de l’autre !
Activité 7 : L’escalier de kapla.
Objectif : approche expérimentale de la notion de polygone de sustentation.
Matériel : une boîte de kapla

Consignes : Distribuer une dizaine de kaplas aux enfants et leur demander de faire le plus grand escalier droit
possible. Comment peut-on améliorer la performance ?
Conclusion et interprétation: il ne suffit pas que les deux premiers tiennent ; la pose du troisième modifie
l’ensemble des trois kaplas, la pose de tout nouveau kapla modifie l’ensemble de la construction.
C’est en fait le centre de gravité de l’ensemble qui est modifié.
Pour en savoir plus : Si tous les kaplas forment une tour, elle peut être très haute ; l’ensemble des kaplas reste
en équilibre. Le centre de gravité de chaque kapla est autant que faire se peut au-dessus des autres.
Si on décale chaque kapla un petit peu, en escalier, on décale volontairement le centre de gravité toujours
dans le même sens.
En principe on peut aussi obtenir un escalier avec un nombre infini de kaplas (voir :
http://prof.pantaloni.free.fr/IMG/pdf/Surplomb-de-briques.pdf)
La seule contrainte théorique est que le centre de gravité de l’ensemble, pour chaque kapla rajouté, soit audessus de ce qu’on appelle le « polygone de sustentation » c’est-à-dire la surface contenant tous les points
de contact entre le corps et le support.

Rapport avec les activités préalables: l’exemple des positions impossibles.
Notre corps peut répartir sa masse de telle sorte que le centre de gravité soit toujours au-dessus de sa base
d’appui au sol (polygone de sustentation). Si les contraintes ne le permettent pas, il nous est donc impossible
de tenir l’équilibre.
NB : Dans le cirque :
Les numéros d’acrobatie au sol peuvent donner lieu à des figures très spectaculaires.

Centre de gravité de la pyramide

Dans les numéros d’équilibre au sol, les artistes doivent leur équilibre au centre de gravité de leur groupe, qui
doit toujours se situer au-dessus d’un point d’appui.

NB : Dans la vie de tous les jours : pourquoi tombe-t-on de sa chaise ?

Assis sur une chaise posée sur ses 4 pieds, on est dans une position d’équilibre (A).
Si on se balance sur les pattes arrière de la chaise, on est en déséquilibre et on retombe au mieux sur la
position (A).
On peut aussi retrouver une position d’équilibre, instable cette fois, lorsque le centre de gravité se retrouve
au dessus des pattes arrière (B), mais tout déplacement autour de cette position d’équilibre entraîne la chute.
Activité 8 : Le bol et la bille.
Objectif : Approche expérimentale des équilibres stables et instables

Matériel par élève : un récipient en forme de demi sphère ; une bille

Consignes :
Lâcher une bille suyr le bord d’un récipient en forme de demi sphère en position concave . Que devient elle ?
que se passe-t-il si on l’écarte de sa position finale ?
Poser la bille sur le fond du récipient en position convexe. Que se passe t-il ?

Conclusion et interprétation:
Dans la position concave, la bille tourne sur les bords puis s’arrête en équilibre au fond du récipient. Si on
l’écarte, la bille descend en remonte sur la paroi interne avant de s’arrêter de nouveau au fond du récipient.

Dans la position convexe, on peut arriver à obtenir un équilibre au sommet du récipient, mais la bille à peine
écartée descend sur la paroi externe et ne remontera pas

Dans le premier cas, équilibre stable, le centre de gravité de la bille est en dessous du point autour duquel
elle se déplace.
Dans le second cas, équilibre instable, le centre de gravité de la bille est au-dessus du point autour duquel
elle se déplace.
Activité 9 : le vélo équilibriste
Objectif : Approche expérimentale de l’équilibre stable.
Matériel par élève :





un bouchon de liège
un cure-dent
deus piques à brochettes
de la pâte à modeler

consignes :
- Planter deux piques à brochettes dans le bouchon de liège, de telle sorte qu’elles fassent un angle aigu
d’environ 45 degrés. Planter un cure-dent sous le bouchon entre les deux piques à brochettes. Mettre une
boule de pâte à modeler sur chaque pique à brochette près du bouchon. Essayer de faire tenir l’ensemble par
le cure-dent sur le bout du doigt.
- Déplacer la pâte à modeler au bout des piques à brochettes. Essayer à nouveau de de faire tenir l’ensemble
par le cure-dent sur le bout du doigt.
Conclusion et interprétation : il est plus facile de faire tenir l’ensemble au bout du doigt quand la pâte à
modeler est au bout des piques à brochettes
Quand les boules de pâte à modeler ( lourdes) sont près du bouchon, le centre de gravité est au-dessus du
doigt. On est donc dans une position d’équilibre instable, qui ne tient pas longtemps.
En déplaçant la pâte à modeler, on modifie la répartition de la masse, et de ce fait on abaisse le centre de
gravité en dessous du doigt. L’équilibre est alors stable.

Dans ce numéro, le centre de gravité est en dessous du fil grâce à la danseuse sous le vélo.
L’équilibre est stable.

Activité 10 : Le funambule.
Objectif
Approche expérimentale de l’équilibre instable.
Matériel par élève : une baguette en bois; une boule de pâte à modeler
Consignes :
Positionner la grosse boule de pâte à modeler à 1/3 de la baguette. Dans quelle position est-il plus facile de
faire tenir en équilibre la pointe de la baguette sur le bout du doigt : lorsque la boule est le plus près ou le plus
loin du doigt ?

Conclusion et interprétation :
Il est plus facile de maintenir l’équilibre lorsque la pâte à modeler est loin du doigt.
Dans les deux cas, le centre de gravité est au-dessus du doigt, donc au-dessus du point autour duquel la boule de
pâte à modeler risque de tomber. Il s’agit d’un équilibre instable.
Cependant, quand la boule de pâte à modeler est loin du bout du doigt, les petits mouvements du doigt
déplacent moins la boule que lorsqu’elle est près du doigt ; Il est donc plus facile de rétablir la position du doigt
pour que le centre de gravité soit au-dessus du doigt.

Dans ce numéro, le centre de gravité de l’équilibriste est au-dessus du fil, mais le grand balancier est peu
sensible aux petits mouvements de l’équilibriste.

Activité 11 faire tomber des bouteilles
Objectif : Appréhender les facteurs de la stabilité.
Matériel par groupe : quatre bouteilles d’eau à forme de quille, à bouchon à vis ; une boule de pâte à
modeler ; une baguette en bois.
Consignes :
Disposer les quatre bouteilles devant soi. Remplir la première d’eau à ras bord et la fermer ( bouteille 1),
mettre un peu d’eau au fond de la deuxième avant de la fermer ( bouteille 2), laisser la troisième et fermée
vide (bouteille 3), mettre de la pâte à modeler sur le bouchon de la quatrième (bouteille 4) .
Demander aux enfants quelle bouteille leur semble a priori être la plus stable et pourquoi.
Ils testent ensuite leur prévision, en poussant chaque bouteille simultanément avec une baguette en bois. Ils
notent l’ordre de chute des bouteilles.

Conclusion et interprétation :
L’ordre de chute est le suivant : bouteille 4, bouteilles 1 et 3, bouteille 2
C’est la bouteille qui a le centre de gravité le plus bas qui tombe la dernière.
Pour une même forme, sera plus stable l’objet dont le centre de gravité est le plus bas.
La masse importante de la quille d’un bateau assure sa stabilité.
Activité 12 : Détermination d’un centre de gravité par recherche d’équilibre

Matériel par élève :




de la ficelle
fige fine en bois (pique à brochette dont on a coupé la pointe)
de la pâte à modeler

consigne :
Attacher une ficelle à la tige. Déplacer le nœud de la ficelle pour que la tige suspendue par la ficelle soit en
équilibre à l’horizontale.
Placer ensuite une boule de pâte à modeler sur un bout de la tige, et replacer le nœud pour retrouver la
position d’équilibre.
Conclusion et interprétation :
Dans la première expérience, le nœud est au milieu : la répartition de la masse est identique de part et d’autre
de la ficelle.
Dans la deuxième manipulation, il faut déplacer le nœud vers la boule de pâte à modeler pour retrouver
l’équilibre.
La position occupée par le nœud à l’équilibre définit le centre de gravité.
Activité 13 : Détermination du centre de gravité par utilisation d’un fil à plomb
Matériel :






du carton rigide
de la ficelle fine
un compas
une pique à brochette ou cure-dent
un objet petit et lourd qui peut s’attacher à la ficelle

Fabriquer d’abord un fil à plomb avec de la ficelle et le petit objet
Découper dans le carton rigide une forme quelconque mais qui laisse
un grand espace au centre du carton.
Suspendre l’objet en carton à un mur par un point très près d’un bord
et faire passer le fil à plomb par ce point de suspension ; repérer sur
le carton avec un crayon la position du fil à plomb.
Suspendre l’objet en carton par un autre point près du bord mais
éloigné du premier point de suspension. Tracer la nouvelle position
du fil à plomb passant par ce point.
Recommencer avec deux autres points de suspension.

Conclusion et interprétation :
Les quatre droites se rencontrent en un point qui est le centre de gravité de l’objet.
Pour le vérifier, percer un petit trou à l’aide du compas à l’intersection des trois droites, et poser l’objet en
carton en ce point sur une pique à brochette ou un cure dent.

On vérifie de cette manière que l’équilibre se fait au niveau du centre de gravité.
Activité 14 : Construction d’un mobile
Matériel :





une baguette fine (pique à brochette dont on a coupé la pointe)
du carton
de la ficelle très fine ou gros fil
de grosses perles lourdes

Pour bien réussir le mobile, il suffit de bien équilibrer de part et
d’autre du point d’accroche ;

on peut utiliser de grosses perles à enfiler sur du fil fin, en se
référant à l’activité 6 : 4 perles peuvent équilibrer une perle si la
distance au point de suspension est 4 fois plus petite.

Attention, penser à la masse de la baguette et à la masse de la
ficelle si on veut suspendre à différentes hauteurs.
Activité 15 : Construction d’un culbuto
Matériel :




une balle de ping-pong
une feuille de papier
du lest : pâte à modeler

On pourra jouer sur la quantité de pâte à modeler qu’il faut mettre dans la balle de ping-pong, sur la
taille de la coiffe pour que le culbuto soit le plus stable possible.

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  • 1. Exposition Le Cirque sort sa science Du 6 janvier au 14 février 2014 à la MIPOP Proposition d’activités
  • 2. SOMMAIRE I / Une démarche expérimentale ……………………………………………………………………………………………………….……..…P.3 II / Une approche sensitive de l’équilibre Activité 1 : les positions impossibles ………………………………………………………………………………………………… P.4 Activité 2 : Essai des différents modules de cirque …………………………………………………………….………….… P.5 Activité 3 : La poutre ………………………………………………………………………………………………………….………....… P.6 III / Une approche matérielle de l’équilibre Activité 4 : Qu’est-ce qui tombe, qu’est ce qui tient en équilibre ? …………………………….........……………. P.7 Activité 5 : Dessin ……………………………………………………………………………………………………………..…………….. P.8 IV/ Une approche expérimentale de l’équilibre Activité 6 : le rouleau américain ………………………………………………..…………………………………………............ P.9 Activité 7 : l’escalier de Kaplas…………………………………………………………………….. ……………………………….P.10 Activité 8 : le bol et la bille …………………………………………………………………………………………………………… P.12 Activité 9 : le vélo équilibriste ……………………………………………………………………..……………………………. P.13 Activité 10 : le funambule ……………………………………………………………………………………………………………. P.14 Activité 11 : renverser des bouteilles d’eau…………………………………………………………………………………… P.15 V/ Déterminer un centre de gravité Activité 12 : Détermination d’un centre de gravité par recherche d’un équilibre…………………….P.16 Activité 13 : Détermination d’un centre de gravité par un fil à plomb……………………………………... P.17 VI / Construction d’objets associés à l’équilibre Activité 14 : Construction d’un mobile …………………………………………………………………………………………….P.18 Activité 15 : Construction d’un culbuto ……………………………………………………………………………………………P.19
  • 3. Une démarche expérimentale Par le questionnement, la confrontation d’idées et l’expérience, les élèves vont progressivement construire des réponses valides pour interpréter un ensemble de phénomènes sur lesquels reposent les disciplines du cirque. La démarche proposée utilise des expériences sensibles, des photos, des maquettes, des dessins, illustrant chacune des disciplines du cirque, suscite un questionnement, sollicite des hypothèses et des débats, propose des expériences et des interprétations. Pendant l’atelier, du matériel consommable sera utilisé. L’animateur pourra utiliser de vrais accessoires de cirque pour illustrer son propos. La visite de l’exposition « Le cirque sort sa science » permettra d’initier, de compléter et d’enrichir les notions abordées pendant l’atelier.
  • 4. Activité 1 : Les positions impossibles. Objectif : Approche sensitive de l’équilibre Matériel : un mur ; une porte Consignes : Montrer les dessins et demander aux enfants d’exécuter les consignes associées à chaque position dessinée. Mettre la totalité de son flanc contre le mur (bras, genou, pied doivent toucher le mur). Soulever l’autre jambe. S’adosser au mur (dos, genoux, chevilles doivent toucher le mur). Aller toucher avec ses mains une pomme posée au sol. Se mettre face à la porte (nez, ventre doivent toucher la porte).les pieds sont de part et d’autre de la porte. Se mettre sur la pointe des pieds. Questionnement après essais : Peut-on y arriver ? que se passe-t-il ? Qu’est ce qui fait qu’on ne peut pas lever la jambe, toucher la pomme ou se mettre sur la pointe de pieds comme sur le dessin ? Dans quelles conditions peut-on lever la jambe, toucher la pomme ou se mettre sur la pointe des pieds ? Conclusion : Il faut pouvoir maintenir son équilibre global en déplaçant une partie de son corps. Dans les situations proposées, les consignes de position de départ ne le permettent pas. Activité 2: essai de différents modules du cirque.
  • 5. Objectif : Approche sensitive de l’équilibre. Matériel :    un fil tendu au dessus du sol un rouleau américain un monocycle Consignes : Demander aux enfants d’essayer les différents instruments mis à leur disposition. Questionnement après essais : Quelles sont les difficultés rencontrées ? Quelles différences avec les situations proposées sur les dessins ? Ils vont retrouver cette sensation de devoir déplacer une ou plusieurs parties de leur corps pour rester en équilibre. La différence avec la situation précédente est que de tels mouvements d’une partie du corps sont possibles… mais difficiles à moduler. Conclusion : Lorsqu’on bouge, l’ensemble du corps doit rester en équilibre par rapport au sol, faute de quoi, on tombe ! Pour que l’ensemble du corps reste en équilibre, il faut qu’une partie du corps puisse compenser exactement une autre partie du corps à chaque instant.
  • 6. Activité 3 : la poutre Objectif : Approche sensitive de l’équilibre. Matériel : une poutre Consignes successives : 1. 2. 3. 4. 5. 6. se tenir sur la poutre pieds écartés perpendiculairement à la poutre se tenir sur la poutre pieds l’un derrière marcher sur la poutre "normalement" marcher sur la poutre les bras collés au corps marcher sur la poutre en fermant les yeux marcher sur la poutre en marche arrière Questionnement après essais : Quelles sont les consignes les plus faciles/difficiles? Pourquoi ? Se tenir les pieds perpendiculaires à la poutre c’est assez facile ; plus difficile les pieds l’un derrière l’autre Pour rectifier son équilibre on écarte les bras ; plus difficile si on les laisse contre son corps si on ferme les yeux on manque de repères pour rétablir l’équilibre en marche arrière c’est déjà difficile de marcher droit en arrière au sol ! Conclusion : Tout le corps intervient pour se maintenir son équilibre ; modifier la forme de son corps en « étalant » sa masse autour de son point d’appui permet de rectifier son équilibre. Les yeux transmettent des informations à notre cerveau (position dans l’espace, environnement proche…) qui va ainsi réagir et faire bouger notre corps en conséquence. Activité 4 : Qu'est-ce qui tient en équilibre, qu'est-ce qui tombe?
  • 7. Objectif : Approche « matérielle » de l’équilibre. Matériel : divers objets pouvant présenter des surfaces au sol différentes selon leur position, tels que livre, crayon, cube, feuille de papier, cône, boule.. Consigne : Tester l'équilibre de chaque objet dans plusieurs positions Ex. : livre couché, livre debout, livre debout partiellement ouvert, crayon couché, crayon debout, feuille à plat , feuille roulée en cylindre debout,… cube sur un angle, sur une arête, sur une face, cône sur sa pointe, sur sa base, couché, … Laisser les élèves trouver de nouveaux objets à tester. Demander aux élèves de classer ce qui est en équilibre stable (quand on tente de l’en écarter il y revient) , ce qu’on arrive à mettre en équilibre, mais qui n’est pas un équilibre stable ( quand on tente de l’en écarter il n’y revient pas) et ce qu’on n’arrive pas à mettre en équilibre. Leur faire faire un tableau à 3 colonnes. Faire discuter sur les cas particuliers d’un cône posé sur une arête, ou d’une boule. Faire repérer ce qui dans la forme et la position de l’objet produit un équilibre stable, instable, ou « indifférent ». Conclusion et interprétation: La comparaison conduit à repérer que un objet est d’autant plus stable que son contact au sol est important ou que sa masse est répartie au plus près du sol (ou encore que son centre de gravité est le plus bas). La stabilité d’un même objet dépend parfois beaucoup de sa position : le cube est en équilibre stable posé sur une face, il l’est beaucoup moins sur une arête ; écarté de sa position il n’y revient pas car tout écart fait que son centre de gravité est plus haut ; il s’arrêtera sur une position stable différente, sur une face ! où le centre de gravité est le plus bas possible pour cet objet (une demi arête de la face au sol). Un cône est en équilibre stable sur sa base, mais instable sur sa pointe ; sur une arête, il est en équilibre dit « indifférent » (déplacé à partir d’une position sur une arête, il se retrouvera sur une position identique sur une autre arête, le centre de gravité est tout aussi bas !)) une boule est en équilibre indifférent quel que soit le point de contact. Activité 5 : Dessin.
  • 8. Objectif : Réflexion sur les différents éléments matériels d’un numéro de cirque Matériel : des feuilles et des crayons consigne : Demander aux enfants de choisir une discipline du cirque, d’en repérer les différents éléments matériels ( de quoi se sert l’artiste) et de dessiner le numéro de cirque en prenant en compte ces éléments. Dans beaucoup de numéros, on pourra repérer un objet qui contribue à la réalisation du numéro, et sur lesquels les enfants feront des expériences à la MIPOP.     le rouleau américain la barre dans les numéros de funambulisme sans appareil le contrepoids dans les numéros de funambulisme avec appareil la position des corps par rapport au point d’appui dans l’équilibre au sol On pourra ensuite retravailler sur les dessins en cherchant par exemple à déterminer la nature de l’équilibre (stable ou instable ?), le rôle de l’objet.
  • 9. Activité 6 : Le rouleau américain. Objectif : Approche expérimentale de la notion de point d’équilibre. Matériel par groupe ou par élève :    une planchette fine rigide marquée de façon symétrique par des traits de crayon régulièrement espacés une tige cylindrique des objets empilables de même masse ( ou gros morceaux de pâte à modeler) la masse des objets doit être importante devant celle de la planchette consigne : - Demander aux enfants de trouver la position de la tige sous la planchette pour que celle-ci soit en équilibre. - Recommencer la manipulation en positionnant deux objets de chaque côté de la planche sur les traits les plus éloignés, au bout de la planche puis trois d’un côté et un de l’autre côté puis quatre du même côté. - Recommencer en positionnant les objets sur d’autres traits. Que se passe- t-il ? Conclusion et interprétation : On se rend compte que la position d’équilibre de la planche dépend de la répartition de la masse. Si le centre de masse ou centre de gravité n’est pas au dessus du point d’appui, la planche tourne et n’est donc pas en équilibre. Lors de l’équilibre, le centre de gravité est au point de contact entre la tige et la planchette. Si la masse de la planchette est faible devant celle des objets empilables, on équilibrera 3 objets avec 1 objet en positionnant ce dernier trois fois plus loin de la tige. Sinon il faut tenir compte du fait qu’il y a alors plus de planchette d’un côté que de l’autre !
  • 10. Activité 7 : L’escalier de kapla. Objectif : approche expérimentale de la notion de polygone de sustentation. Matériel : une boîte de kapla Consignes : Distribuer une dizaine de kaplas aux enfants et leur demander de faire le plus grand escalier droit possible. Comment peut-on améliorer la performance ? Conclusion et interprétation: il ne suffit pas que les deux premiers tiennent ; la pose du troisième modifie l’ensemble des trois kaplas, la pose de tout nouveau kapla modifie l’ensemble de la construction. C’est en fait le centre de gravité de l’ensemble qui est modifié. Pour en savoir plus : Si tous les kaplas forment une tour, elle peut être très haute ; l’ensemble des kaplas reste en équilibre. Le centre de gravité de chaque kapla est autant que faire se peut au-dessus des autres. Si on décale chaque kapla un petit peu, en escalier, on décale volontairement le centre de gravité toujours dans le même sens. En principe on peut aussi obtenir un escalier avec un nombre infini de kaplas (voir : http://prof.pantaloni.free.fr/IMG/pdf/Surplomb-de-briques.pdf) La seule contrainte théorique est que le centre de gravité de l’ensemble, pour chaque kapla rajouté, soit audessus de ce qu’on appelle le « polygone de sustentation » c’est-à-dire la surface contenant tous les points de contact entre le corps et le support. Rapport avec les activités préalables: l’exemple des positions impossibles. Notre corps peut répartir sa masse de telle sorte que le centre de gravité soit toujours au-dessus de sa base d’appui au sol (polygone de sustentation). Si les contraintes ne le permettent pas, il nous est donc impossible de tenir l’équilibre.
  • 11. NB : Dans le cirque : Les numéros d’acrobatie au sol peuvent donner lieu à des figures très spectaculaires. Centre de gravité de la pyramide Dans les numéros d’équilibre au sol, les artistes doivent leur équilibre au centre de gravité de leur groupe, qui doit toujours se situer au-dessus d’un point d’appui. NB : Dans la vie de tous les jours : pourquoi tombe-t-on de sa chaise ? Assis sur une chaise posée sur ses 4 pieds, on est dans une position d’équilibre (A). Si on se balance sur les pattes arrière de la chaise, on est en déséquilibre et on retombe au mieux sur la position (A). On peut aussi retrouver une position d’équilibre, instable cette fois, lorsque le centre de gravité se retrouve au dessus des pattes arrière (B), mais tout déplacement autour de cette position d’équilibre entraîne la chute.
  • 12. Activité 8 : Le bol et la bille. Objectif : Approche expérimentale des équilibres stables et instables Matériel par élève : un récipient en forme de demi sphère ; une bille Consignes : Lâcher une bille suyr le bord d’un récipient en forme de demi sphère en position concave . Que devient elle ? que se passe-t-il si on l’écarte de sa position finale ? Poser la bille sur le fond du récipient en position convexe. Que se passe t-il ? Conclusion et interprétation: Dans la position concave, la bille tourne sur les bords puis s’arrête en équilibre au fond du récipient. Si on l’écarte, la bille descend en remonte sur la paroi interne avant de s’arrêter de nouveau au fond du récipient. Dans la position convexe, on peut arriver à obtenir un équilibre au sommet du récipient, mais la bille à peine écartée descend sur la paroi externe et ne remontera pas Dans le premier cas, équilibre stable, le centre de gravité de la bille est en dessous du point autour duquel elle se déplace. Dans le second cas, équilibre instable, le centre de gravité de la bille est au-dessus du point autour duquel elle se déplace.
  • 13. Activité 9 : le vélo équilibriste Objectif : Approche expérimentale de l’équilibre stable. Matériel par élève :     un bouchon de liège un cure-dent deus piques à brochettes de la pâte à modeler consignes : - Planter deux piques à brochettes dans le bouchon de liège, de telle sorte qu’elles fassent un angle aigu d’environ 45 degrés. Planter un cure-dent sous le bouchon entre les deux piques à brochettes. Mettre une boule de pâte à modeler sur chaque pique à brochette près du bouchon. Essayer de faire tenir l’ensemble par le cure-dent sur le bout du doigt. - Déplacer la pâte à modeler au bout des piques à brochettes. Essayer à nouveau de de faire tenir l’ensemble par le cure-dent sur le bout du doigt. Conclusion et interprétation : il est plus facile de faire tenir l’ensemble au bout du doigt quand la pâte à modeler est au bout des piques à brochettes Quand les boules de pâte à modeler ( lourdes) sont près du bouchon, le centre de gravité est au-dessus du doigt. On est donc dans une position d’équilibre instable, qui ne tient pas longtemps. En déplaçant la pâte à modeler, on modifie la répartition de la masse, et de ce fait on abaisse le centre de gravité en dessous du doigt. L’équilibre est alors stable. Dans ce numéro, le centre de gravité est en dessous du fil grâce à la danseuse sous le vélo. L’équilibre est stable. Activité 10 : Le funambule.
  • 14. Objectif Approche expérimentale de l’équilibre instable. Matériel par élève : une baguette en bois; une boule de pâte à modeler Consignes : Positionner la grosse boule de pâte à modeler à 1/3 de la baguette. Dans quelle position est-il plus facile de faire tenir en équilibre la pointe de la baguette sur le bout du doigt : lorsque la boule est le plus près ou le plus loin du doigt ? Conclusion et interprétation : Il est plus facile de maintenir l’équilibre lorsque la pâte à modeler est loin du doigt. Dans les deux cas, le centre de gravité est au-dessus du doigt, donc au-dessus du point autour duquel la boule de pâte à modeler risque de tomber. Il s’agit d’un équilibre instable. Cependant, quand la boule de pâte à modeler est loin du bout du doigt, les petits mouvements du doigt déplacent moins la boule que lorsqu’elle est près du doigt ; Il est donc plus facile de rétablir la position du doigt pour que le centre de gravité soit au-dessus du doigt. Dans ce numéro, le centre de gravité de l’équilibriste est au-dessus du fil, mais le grand balancier est peu sensible aux petits mouvements de l’équilibriste. Activité 11 faire tomber des bouteilles
  • 15. Objectif : Appréhender les facteurs de la stabilité. Matériel par groupe : quatre bouteilles d’eau à forme de quille, à bouchon à vis ; une boule de pâte à modeler ; une baguette en bois. Consignes : Disposer les quatre bouteilles devant soi. Remplir la première d’eau à ras bord et la fermer ( bouteille 1), mettre un peu d’eau au fond de la deuxième avant de la fermer ( bouteille 2), laisser la troisième et fermée vide (bouteille 3), mettre de la pâte à modeler sur le bouchon de la quatrième (bouteille 4) . Demander aux enfants quelle bouteille leur semble a priori être la plus stable et pourquoi. Ils testent ensuite leur prévision, en poussant chaque bouteille simultanément avec une baguette en bois. Ils notent l’ordre de chute des bouteilles. Conclusion et interprétation : L’ordre de chute est le suivant : bouteille 4, bouteilles 1 et 3, bouteille 2 C’est la bouteille qui a le centre de gravité le plus bas qui tombe la dernière. Pour une même forme, sera plus stable l’objet dont le centre de gravité est le plus bas. La masse importante de la quille d’un bateau assure sa stabilité.
  • 16. Activité 12 : Détermination d’un centre de gravité par recherche d’équilibre Matériel par élève :    de la ficelle fige fine en bois (pique à brochette dont on a coupé la pointe) de la pâte à modeler consigne : Attacher une ficelle à la tige. Déplacer le nœud de la ficelle pour que la tige suspendue par la ficelle soit en équilibre à l’horizontale. Placer ensuite une boule de pâte à modeler sur un bout de la tige, et replacer le nœud pour retrouver la position d’équilibre. Conclusion et interprétation : Dans la première expérience, le nœud est au milieu : la répartition de la masse est identique de part et d’autre de la ficelle. Dans la deuxième manipulation, il faut déplacer le nœud vers la boule de pâte à modeler pour retrouver l’équilibre. La position occupée par le nœud à l’équilibre définit le centre de gravité.
  • 17. Activité 13 : Détermination du centre de gravité par utilisation d’un fil à plomb Matériel :      du carton rigide de la ficelle fine un compas une pique à brochette ou cure-dent un objet petit et lourd qui peut s’attacher à la ficelle Fabriquer d’abord un fil à plomb avec de la ficelle et le petit objet Découper dans le carton rigide une forme quelconque mais qui laisse un grand espace au centre du carton. Suspendre l’objet en carton à un mur par un point très près d’un bord et faire passer le fil à plomb par ce point de suspension ; repérer sur le carton avec un crayon la position du fil à plomb. Suspendre l’objet en carton par un autre point près du bord mais éloigné du premier point de suspension. Tracer la nouvelle position du fil à plomb passant par ce point. Recommencer avec deux autres points de suspension. Conclusion et interprétation : Les quatre droites se rencontrent en un point qui est le centre de gravité de l’objet. Pour le vérifier, percer un petit trou à l’aide du compas à l’intersection des trois droites, et poser l’objet en carton en ce point sur une pique à brochette ou un cure dent. On vérifie de cette manière que l’équilibre se fait au niveau du centre de gravité.
  • 18. Activité 14 : Construction d’un mobile Matériel :     une baguette fine (pique à brochette dont on a coupé la pointe) du carton de la ficelle très fine ou gros fil de grosses perles lourdes Pour bien réussir le mobile, il suffit de bien équilibrer de part et d’autre du point d’accroche ; on peut utiliser de grosses perles à enfiler sur du fil fin, en se référant à l’activité 6 : 4 perles peuvent équilibrer une perle si la distance au point de suspension est 4 fois plus petite. Attention, penser à la masse de la baguette et à la masse de la ficelle si on veut suspendre à différentes hauteurs.
  • 19. Activité 15 : Construction d’un culbuto Matériel :    une balle de ping-pong une feuille de papier du lest : pâte à modeler On pourra jouer sur la quantité de pâte à modeler qu’il faut mettre dans la balle de ping-pong, sur la taille de la coiffe pour que le culbuto soit le plus stable possible.