Transmettre et transformer un mouvement en CM2 : leçon, exercices et évaluation

Des objets qui bougent grâce à des mécanismes

Autour de toi, de nombreux objets techniques contiennent des pièces mobiles. Une poignée permet d’ouvrir une porte, une manivelle permet de faire monter un seau, les pédales d’un vélo font tourner les roues et une fermeture éclair rapproche deux bandes de tissu. Ces objets ne bougent pas par magie : ils utilisent des mécanismes. Un mécanisme est un ensemble de pièces qui agissent les unes sur les autres pour produire un mouvement utile. Il peut recevoir l’énergie de ta main, de tes pieds, d’un moteur, du vent ou de l’eau. Dans cette leçon, regarde surtout le chemin du mouvement. Une pièce commence à bouger : c’est l’entrée du mécanisme. Une autre pièce bouge ensuite : c’est la sortie. Entre les deux, certaines pièces transmettent le mouvement et d’autres le transforment. Pour les reconnaître, ne te contente pas de nommer l’objet entier. Observe précisément chaque pièce : tourne-t-elle, avance-t-elle, recule-t-elle, monte-t-elle ou descend-elle ?

Deux mouvements à connaître

Transmission ou transformation ?

Comprendre la transmission du mouvement

Dans une transmission de mouvement, le mouvement garde sa nature. Si la pièce de départ tourne et que la pièce d’arrivée tourne aussi, il s’agit d’une transmission de rotation. Si une tige pousse une autre tige en ligne droite et que la seconde tige avance aussi en ligne droite, il s’agit d’une transmission de translation. Les pièces intermédiaires servent de relais. Elles reçoivent le mouvement et le passent à une autre pièce. Dans une montre mécanique, dans un jouet à engrenages ou dans un vélo, le mouvement passe d’une pièce à une autre avant d’arriver au résultat attendu. Attention : conserver le même type de mouvement ne veut pas forcément dire conserver le même sens. Deux roues dentées qui se touchent tournent en sens contraires : si l’une tourne vers la droite, l’autre tourne vers la gauche. Ce détail sur le sens ne change rien au diagnostic. Pour identifier une transmission, repère d’abord la pièce d’entrée et la pièce de sortie du mécanisme, puis vérifie qu’elles tournent toutes les deux, ou qu’elles se déplacent toutes les deux en ligne droite.

Repère les principaux mécanismes de transmission

• Les engrenages sont des roues dentées qui s’emboîtent. Les dents de l’une poussent les dents de l’autre. Ils transmettent une rotation.
• La chaîne et les roues dentées fonctionnent comme sur un vélo. La chaîne entraîne une autre roue dentée, même si elles sont éloignées.
• La courroie et les poulies utilisent une bande souple tendue entre deux roues. La courroie transmet la rotation d’une poulie à l’autre.
• D’autres pièces transmettent aussi un mouvement sans changer son type : deux roues de friction (roues lisses en contact) tournent l’une grâce à l’autre par frottement, et une tige coulissante peut pousser une autre tige dans le même axe.

Comprendre la transformation du mouvement

Dans une transformation de mouvement, le mouvement ne garde pas le même type. Un mouvement de rotation peut devenir un mouvement de translation, ou l’inverse. Imagine la manivelle d’une machine à coudre ancienne : ta main fait tourner la manivelle. À l’intérieur, un mécanisme entraîne une aiguille qui monte et descend. La rotation a donc été transformée en translation. Autre exemple : dans une serrure, tu tournes une clé. Cette rotation déplace un pêne, la pièce métallique qui entre ou sort de la porte. La rotation de la clé devient une translation du pêne. Certains mécanismes transforment aussi un mouvement de translation en rotation. Quand tu pousses la crémaillère d’un portail motorisé, ses dents peuvent entraîner un pignon qui tourne. Il faut donc regarder le début et la fin de l’action. Si l’une des pièces tourne et que l’autre avance, recule, monte ou descend en ligne droite, tu as trouvé une transformation. Pour ne pas te tromper, nomme toujours la pièce d’entrée et la pièce de sortie avant de conclure : c’est en comparant leurs deux mouvements, et non en observant l’objet dans son ensemble, que tu identifies une transformation.

Le système pignon-crémaillère

Une méthode fiable pour identifier le mécanisme

Procède calmement, comme Nova qui inspecte les rouages d’un robot. D’abord, repère la pièce que l’on actionne : une poignée, une pédale, un bouton, une manivelle ou un moteur. Décris son mouvement avec un mot précis : rotation ou translation. Ensuite, suis le chemin du mouvement. Cherche les roues, les dents, la chaîne, la courroie, les tiges ou les barres qui relient les pièces. Puis, observe la pièce qui produit l’effet recherché : la roue qui roule, le tiroir qui s’ouvre, l’aiguille qui monte ou le pêne qui sort. Décris à nouveau son mouvement. Enfin, compare les deux descriptions. Rotation vers rotation : transmission. Translation vers translation : transmission. Rotation vers translation : transformation. Translation vers rotation : transformation. Dans certains objets, plusieurs mécanismes se suivent. Un vélo transmet la rotation des pédales à la roue arrière grâce à une chaîne. La roue en rotation permet ensuite au vélo d’avancer : l’objet se déplace. Pour répondre correctement, nomme les pièces qui constituent le mécanisme étudié et explique le mouvement entre elles. Évite une réponse trop vague comme « le vélo avance ». Dis plutôt : « La rotation du pédalier est transmise à la roue arrière par la chaîne. »

Choisis les mots précis

• Utilise entraîner quand une pièce fait bouger une autre pièce : la chaîne entraîne la roue dentée.
• Utilise transmettre quand le type de mouvement reste le même : la courroie transmet une rotation.
• Utilise transformer quand le type de mouvement change : la manivelle transforme une rotation en translation.
• Utilise axe pour désigner la ligne imaginaire autour de laquelle tourne une pièce.
• Utilise sens de rotation pour préciser si une pièce tourne dans un sens ou dans le sens contraire.

Des cas à observer avec attention

Même quand tu ne vois pas toutes les pièces d’un mécanisme, tu peux l’identifier en comparant seulement l’entrée et la sortie. Par exemple, si tu tournes une poignée et qu’un loquet glisse, tu peux conclure à une transformation de rotation en translation, sans connaître le détail des pièces cachées à l’intérieur. Certains objets combinent transmission et transformation. Dans un ouvre-boîte, tu tournes une molette : des roues dentées transmettent d’abord la rotation, puis une autre pièce agit sur la boîte. Étudie chaque étape séparément : une même observation peut donc contenir plusieurs réponses. Pense aussi à la sécurité : n’approche jamais tes doigts d’un engrenage, d’une chaîne ou d’une courroie en mouvement. Observe un objet arrêté, utilise une maquette ou demande à un adulte de manipuler l’objet. Préparer l’entrée en 6e, c’est apprendre à observer avec précision, à employer le bon vocabulaire et à justifier ce que l’on affirme.