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Les sciences et la technologie

L'appareil téléphonique

Trouvez un appareil téléphonique qui ne sert plus et démontez-le. Encouragez les élèves à examiner la fiche, le boîtier électronique, la sonnette, le cadran et le combiné. Discutez avec eux du fonctionnement des différents éléments. (Voir Pouvons-nous vous aider?)

On trouve dans le récepteur d'un appareil téléphonique un électro-aimant. Faites une démonstration d'un électro-aimant à l'aide d'un clou, d'une bobine de fil métallique et de piles. Montrez comment le clou est démagnétisé puis magnétisé lorsque le courant électrique est coupé puis rétabli. Dans le récepteur d'un appareil téléphonique, le courant électrique n'est pas coupé puis rétabli, mais il varie en parcourant le fil. Ce courant, à son tour, reflète la quantité d'électromagnétisme produit et fait vibrer le diaphragme du récepteur.

Vibrations sonores

Démonstration no 1 - Les vibrations causent un son.

Demandez aux élèves d'appuyer les doigts sur leurs pommes d'Adam et d'émettre des sons. Ils devraient sentir les vibrations de leurs cordes vocales. Montrez comment une règle qui vibre produit des sons.

À l'intérieur du larynx se trouvent deux bandes de tissu fort appelées cordes vocales. Les bords externes de ces dernières sont fixés aux parois du larynx tandis que les bords internes sont libres de bouger. Les muscles du larynx tendent ou relâchent les cordes vocales qui vibrent et produisent un son quand de l'air passe entre elles. Les sons que nous émettons sont également modelés par les lèvres, la forme de la bouche, la langue, les dents et la cavité nasale.

Démonstration no 2 - Un diapason produit des vibrations sonores.

diapason, boîte à résonance
maillet en caoutchouc
bol rempli d'eau
rétroprojecteur

Choisissez un grand diapason et frappez-le avec le maillet en caoutchouc. Demandez aux élèves s'ils voient vibrer le diapason. Entendent-ils le diapason? Frappez à nouveau ce dernier et placez-le dans la boîte à résonance ou faites-lui toucher la table pour démontrer qu'en fait, le diapason émet un son. Frappez à nouveau le diapason et, avec l'une de ses extrémités, touchez la surface de l'eau qui se trouve dans le bol et observez ce qui se passe. Faites l'expérience en plaçant le bol sur un rétroprojecteur pour que les élèves voient bien les éclaboussures d'eau provoquées par les vibrations. Demandez à un ou deux élèves de répéter la démonstration.

Démonstration no 3 - Les ondes sonores font vibrer l'air.

boîte à café métallique, deux bouts ouverts, l'un couvert d'un ballon,
avec le matériau réflecteur
collé là-dessus ("tambour")
lampe de poche

Dirigez le faisceau de la lampe de poche sur la surface du tambour de façon à ce que la lumière se réfléchisse sur cette dernière vers le mur ou le plafond. Criez dans l'extrémité ouverte du tambour.

Qu'est-ce qui se produit? Les sons font vibrer l'air qui se trouve à l'intérieur. À son tour, l'air fait vibrer le matériau réflecteur. Les figures lumineuses vibreront de la même façon que l'air à l'intérieur de la boîte. La lumière vibre d'autant plus vite que la hauteur du son est grande.

Démonstration no 4 - Les ondes s'éloignent de leur source.

rétroprojecteur
bol rempli d'eau
compte-gouttes

Placez un bol en verre peu profond rempli d'eau sur le rétroprojecteur et projetez l'image sur l'écran. Avec le compte-gouttes, faites tomber lentement des gouttes d'eau au centre du bol. On peut voir clairement les ondes circulaires qui s'écartent du point d'impact.

Expliquez que les ondes sonores se propagent de la même façon à partir de l'endroit où le son est émis, de sorte que nous pouvons entendre ce dernier. La goutte d'eau qu'on fait tomber du compte-gouttes durant la démonstration est censée représenter la source sonore.

Fréquence

Démonstration no 1 - La taille d'un objet influence la hauteur tonale du son.

deux diapasons de tailles différentes
boîte à résonance
maillet

Montrez les diapasons aux élèves et déterminez lequel est le plus grand. Discutez du fait que les grands objets se déplacent plus lentement que les petits si on leur fait subir la même poussée. Prenez un des diapasons, frappez-le avec le maillet de caoutchouc et placez-le dans la boîte à résonance ou sur la table de façon à entendre le son. Faites la même chose avec l'autre diapason. Déterminez lequel émet le son le plus aigu ou le plus grave. Établissez le rapport entre la taille du diapason et la hauteur du son.

Démonstration no 2 - La taille d'un objet influence la hauteur tonale du son.

cordes de guitare

Avant de faire la démonstration avec les cordes de guitare, discutez de la taille de ces dernières et demandez aux élèves de deviner laquelle produira le son le plus aigu et laquelle produira le son le plus grave.

Démonstration no 3 - Une vibration moindre produit un son plus bas.

verre
maillet en bois
eau

Frappez le verre vide avec le maillet en bois. Puis, demandez à un élève d'y verser un peu d'eau et frappez-le à nouveau. Discutez de la différence entre les sons émis. Ajoutez de l'eau et demandez aux élèves de prédire ce qui arrivera au son. Continuez la démonstration jusqu'à ce que les élèves saisissent clairement le concept. Plus il y a d'eau dans le verre, moins ce dernier peut vibrer et plus le son est grave.

Si vous aimeriez que les élèves en fassent l'essai, consultez la feuille d'activités.

Démonstration no 4 - La distance entre les ondes est liée à la vitesse des vibrations à la source.

bol rempli d'eau
rétroprojecteur
compte-gouttes

Placez le bol d'eau sur le rétroprojecteur et faites-y tomber lentement des gouttes d'eau avec le compte-gouttes. Faites noter aux élèves la distance entre les cercles foncés qu'ils aperçoivent. Expliquez-leur que les cercles sombres illustrent les ondes sonores qu'ils ne peuvent voir se déplacer dans l'air.

Maintenant, faites tomber les gouttes d'eau dans le bol plus rapidement et demandez aux élèves de noter la distance entre les cercles foncés. Comment se compare-t-elle à celle relevée précédemment? (Les cercles sont plus rapprochés.)

Si la source sonore vibre lentement, les ondes sonores seront espacées. Quand la source vibre plus rapidement, les ondes sonores se rapprochent.

C'est en plaçant le compte-gouttes aussi près que possible d'un des bords du bol qu'on obtient les meilleurs résultats. Dans ces conditions, on ne peut voir un cercle complet, mais les ondes sont mieux dèfinies.

Amplitude

Démonstration no 1 - Plus on pousse un objet à vibrer, plus le son est fort.

Expliquez que si on crie très fort, on écrase plus les particules que si on murmure. Plus on pousse sur un objet pour le faire vibrer, plus la vibration est forte et plus le son est intense, ou plus l'amplitude est grande.

Des ondes sonores ayant la même fréquence peuvent avoir une intensité très différente.

Démonstration no2 - Plus on pousse un objet à vibrer, plus le son est fort.

xylophone

Demandez à un élève de frapper la même note du xylophone avec des forces différentes. Expliquez que la hauteur du son reste la même, mais que l'intensité change. Le son est d'autant plus intense qu'on utilise plus d'énergie.

Démonstration no 3 - La taille d'une onde est liée à la force de la poussée à sa source.

rétroprojecteur
bol rempli d'eau
compte-gouttes

Laissez tomber une goutte d'eau d'un compte-gouttes près de la surface de l'eau et observez la taille de l'onde sur la surface. Soulevez le compte-gouttes à une plus grande hauteur au-dessus du récipient et laissez tomber l'eau à la même vitesse. Remarquez la taille de l'onde. Comment les ondes diffèrent-elles? (Les tailles ou amplitudes sont différentes.) Pourquoi? (La goutte d'eau exerce une poussée plus forte, ou possède plus d'énergie, au moment où elle touche la surface de l'eau quand le compte-gouttes est éloigné de cette dernière que quand il en est proche.)

L'individu et la société

Répartissez la classe en groupes de cinq élèves. Avec chaque groupe, construisez un réseau téléphonique local en reliant chaque élève par une ficelle à un pupitre situé au milieu du groupe. Tracez un diagramme des réseaux en utilisant un téléphone pour représenter chaque élève et inscrivez le nom de celui-ci à côté du téléphone. Reliez ensemble les bureaux à l'aide de ficelles. Veuillez à ce que chaque bureau soit relié à tous les autres bureaux. Tracez le cheminement d'un appel d'un élève d'une extrémité de la classe à un élève situé à l'autre extrémité. Si vous téléphonez à quelqu'un d'autre de votre circonscription locale, de quelle façon votre téléphone sera-t-il relié au sien? Si vous téléphonez à quelqu'un de l'extérieur de votre circonscription, comment êtes-vous branché?

La langue

Numéro de téléphone

Écrivez votre numéro de téléphone et désignez les trois parties du numéro représentant votre région, votre circonscription et votre numéro de téléphone. Utilisez l'annuaire téléphonique pour trouver d'autres codes régionaux. Expliquez l'objet des diverses parties du numéro de téléphone.

Les trois premiers chiffres sont le code régional, c'est-à-dire la région du pays où se trouve votre ville. Les deux autres chiffres représentent un groupe pouvant compter jusqu'à 100 000 combinés téléphoniques reliés ensemble dans ce qu'on appelle une circonscription. Chaque région compte plusieurs circonscriptions. Les cinq derniers chiffres désignent un appareil téléphonique précis dans la circonscription téléphonique.

Communication

Demandez à vos élèves de réfléchir à la façon dont nous nous y prenons pour envoyer des messages (communiquer). Faites l'essai des diverses manières d'envoyer des messages sur de longues distances (à l'aide de drapeaux, de lumière et de son). Faites-leur créer des messages codées qu'ils s'enverront les uns aux autres. Mettez les élèves au défi d'expédier un message secret à un élève situé dans une autre pièce, sans y aller.

Sons

Présentez à votre classe le concept de son et demandez aux élèves de prendre note de tous les bruits (forts ou faibles) qu'ils entendent pendant une période de 3 à 5 minutes, de même que la source du son. Amorcez une discussion et comparez les constatations. Demandez aux élèves de composer un poème «Le son est ...»

Les arts

Musique

Fabriquez un instrument de musique.

Demandez à des groupes d'élèves de mener des recherches et de créer propres instruments de musique (flûte de Pan, hochets, instrument à , instrument à cordes (bandes élastiques), etc. Les élèves pourront tenter de fabriquer des instruments à l'aide d'articles ménagers cuillères, tôles à biscuits, bols, gobelets, etc.). Demandez aux élèves de considérer la hauteur tonale et l'amplitude de leurs instruments. Comment peut-on les modifier?

Faites l'essai d'un arrangement orchestral avec deux ou trois élèves utilisant chacun leur instrument de musique.

Les Mathématiques

La vitesse du son dans l'air sec à 0ºC est de 331,6 m/s. S'il faut 10 secondes pour qu'un son atteigne vos oreilles, à quelle distance se trouve la source?

(331,6 m X 10 = 3 316 mètres)

Pouvez-vous déterminer la distance d'un orage en mesurant le temps qui s'écoule entre un éclair et le son du tonnerre?

La vitesse du son dans l'eau à la température ordinaire est de 1 525 m/s. S'il faut 10 secondes pour qu'un son dans l'eau atteigne vos oreilles, à quelle distance se trouve la source?

(1 525 m X 10 = 15 250 mètres)

La vitesse du son dans l'acier est de 4 877 m/s. S'il faut 10 secondes pour qu'un son atteigne vos oreilles à travers l'acier, à quelle distance se trouve la source?

(4 877 m X 10 = 48 770 mètres)

Demandez aux élèves ce qu'on peut conclure au sujet d'un son qui se déplace à travers différents matériaux.

Connexions sonores