Comparer des masses à l'aide d'un dispositif simple

En amont de la séance, le.la PE prépare, pour chaque groupe, le matériel qui va permettre de construire une balance :

• 7 objets : craie, trombone, feuille de papier froissée en boule, petite cuillère, crayon de couleur, bouchon en plastique, couvercle de conserve,... ou autre selon disponibilité.

• Un cintre

• 2 demi bouteilles en plastique : couper la bouteille en deux, et protéger éventuellement le bord avec du sparadrap ou du scotch. Puis réaliser 4 trous dans les demi bouteilles à l'aide d'une perforatrice.

• 2 bouts de ficelle de 40 CM environ chacun (pour accrocher les bouteilles au cintre)

• 1 bout de ficelle de 15 CM environ (pour tenir le dispositif en le laissant libre de balancer)

• Une petite quantité de sable (pour tarer la balance).

Il est intéressant de choisir pour les deux demi bouteilles, des bouteilles en plastique différentes, ou de ne pas les couper tout à fait à la même hauteur, de manière que le dispositif construit ne soit pas équilibré avant tarage. Cela met en évidence l'utilité de tarer la balance.

Il est intéressant de choisir les mêmes objets pour chaque groupe (le même bouchon en plastique, la même taille de craie, la même petite cuillère,...), de manière à ce que le classement des objets du plus léger au plus lourd soit le même pour chaque groupe.

Le.la PE identifie dans la classe un marquage horizontal (le bas du tableau pat exemple) qui servira à vérifier le bon équilibrage des balances construites par les élèves.

Le.la PE annonce l’objectif de la séance :

« Aujourd’hui, nous allons comprendre ce qu'est la masse d'un objet et pourquoi c’est utile de connaitre la masse d'un objet. Notre défi va être de classer ces objets en fonction de leur masse, du plus léger au plus lourd. Qui peut m’expliquer ce qu’est la masse d’un objet  ? »

Le.la PE écoute les réponses des élèves, et précise la définition :

« La masse est une grandeur qui permet de caractériser la quantité de matière d’un objet.»

Le.la PE demande aux élèves : « Pourquoi est-ce important de connaitre la masse des objets ? A quelle occasion est-ce utile? Qui peut me donner un exemple ?»

Le.la PE écoute les réponses des élèves et peut compléter : « Connaitre la masse d'un objet permet de faire des choix au quotidien (prendre des objets dans un sac dans un aéroport pour les bagages, connaitre la quantité de fruits et légumes, calculer leur prix, respecter les quantités dans une recette de cuisine..., )»

Le.la PE montre ensuite les 7 objets qui vont être classés : craie, trombone, feuille de papier froissée en boule, petite cuillère, crayon de couleur, bouchon en plastique, couvercle de conserve, par exemple.

Le.la PE écrit la question-problème au tableau :« Comment peut-on classer des objets selon leur masse ?»

Les élèves vont répondre « avec une balance ».

Le.la PE annonce : « Très bien mais nous n’en avons pas en classe, nous allons en fabriquer une pour répondre à ce problème :  comment classer ces 7 objets du plus léger au plus lourd?»

Le.la PE répartit les élèves en petits groupes: « Vous allez vous répartir en groupes comme nous l'avons déjà fait»

Le.la PE distribue le matériel requis à chaque groupe.

Le.la PE rappelle : « Vous posez le matériel au centre de la table, vous faites bien attention à manipuler sans vous blesser. Le bord des bouteilles d'eau peut être coupant.»

Le.la PE passe la consigne : "Vous allez discuter entre vous, et construire une balance à l'aide de ce matériel. "

Le.la PE passe dans les rangs pour évaluer l'avancement des élèves, répondre à leurs questions, les guider si besoin.

Le.la PE demande au représentant d'un des groupes d'élèves de venir vérifier au tableau si le dispositif construit par le groupe est équilibré.

La balance n'est pas équilibrée.

Le.la PE PE explique aux élèves : « Pour pouvoir comparer les masses il faut un outil fiable et à l'équilibre".

Le.la PE interroge les élèves : que pouvons nous faire?

Le.la PE écoute les réponses, et si besoin introduit la notion de tare : Quand une balance n’est pas parfaitement équilibrée à vide, c’est-à-dire quand elle penche d’un côté alors qu’il n’y a encore rien dessus, on peut réaliser ce qu’on appelle une tare. Tarer une balance, ça veut dire assurer l’équilibre à vide, pour être sûr que la mesure ensuite sera juste. ».

Le.la PE poursuit : « Vous allez utiliser le sable pour équilibrer le dispositif. De quel côté de la balance faut-il ajouter du sable ? »

Le.la PE guide l'élève au tableau pour tarer la balance.

Le.la PE demande à chaque groupe d'équilibrer son dispositif en utilisant par exemple le rebord d'une table comme repère d'horizontalité.

Le.la PE interroge les élèves : "Que nous a appris cette expérience?".

Le.la PE écoute les réponses et corrige et complète si besoin :

« Tous les objets ont une masse, même s’ils sont petits. Pour comparer les masses, il faut une balance à l’équilibre : si elle penche déjà à vide, la comparaison n’est pas juste. Tarrer la balance, c’est la mettre à l’équilibre quand il n’y a encore aucun objet dessus, pour que la mesure soit fiable.

Le.la PE peut conclut :

Aujourd’hui, nous avons découvert que la masse permet de comparer des objets, à condition d’utiliser une balance bien réglée. Lors des prochaines séances, nous utiliserons notre balance pour classer les objets du plus léger au plus lourd.