Activités Sous zéro
Niveau : de la 7e à la 12e année
Disciplines : biologie, études de l'environnement, études
sociales, mathématiques
Aptitudes : identification, déplacement, collaboration,
analyse, calcul
Durée : une période minimale de 30 minutes
Importance du groupe : n'importe quel nombre
Cadre : à l'extérieur et à l'intérieur Liens au programme-cadre
: 2a, 2c, 3d, 4a, 4b, 4c
Vocabulaire clé : pression exercée au sol (par les pieds),
étendue de la surface, grammes, kilogrammes, centimètres
carrés
Objectif
Les élèves devraient pouvoir :
1) Identifier deux animaux ou plus qui se
déplacent facilement dans la neige;
2) Parvenir à une hypothèse des raisons
pour lesquelles ces animaux se déplacent aisément sur la
neige;
3) Faire l'expérience d'une moyen efficace
de se déplacer sur de la neige épaisse;
4) Calculer les pressions exercées au sol
par les pieds de différents animaux.
Activité
Les élèves jouent le rôle d'êtres humains portant des bottes
d'hiver, ou de loups- cerviers portant des raquettes, puis
ils tentent de cueillir des rondelles représentant de la
nourriture. Les élèves calculent les pressions exercées
au sol par leurs pieds et les comparent à celles du loup-cervier.
Contexte
Certains animaux comme le loup-cervier se sont adaptés à
la neige profonde en développant de grands pieds. Les grands
pieds du loup-cervier sont comme des raquettes. Elles distribuent
son poids sur une plus grande superficie de sorte que l'animal
peut marcher rapidement et aisément sur la neige. Par contre,
un cerf s'enfonce dans la neige et marche difficilement
lorsque le sol est recouvert de plusieurs centimètres de
neige à cause de ses sabots étroits et tranchants. Les déplacements
difficiles du cerf dans la neige l'obligent à dépenser plus
d'énergie. Par conséquent, les cerfs ont appris à se rassembler
dans des aires moins étendues au cours des mois d'hiver,
où ils créent un réseau de sentiers de neige compactée pour
faciliter leurs déplacements.
La capacité d'un animal à se déplacer sur la neige est
relative à l'étendue de la surface de son pied ainsi qu'à
la pression que ce pied exerce sur la neige. Pour calculer
le poids ou la pression exercée au sol par les pieds d'un
animal à quatre pattes, nous présumons que chaque pied porte
le quart de son poids (malgré qu'en règle générale, les
pieds avant portent environ 70 % de la masse totale). Par
conséquent, la pression exercée par un pied est égale au
quart du poids de l'animal, divisé par l'étendue de la surface
d'un des pieds de l'animal. Le résultat de ce calcul donne
une valeur estimative de la pression que chaque pied exerce
sur la neige.
Généralement, la pression exercée augmente selon la taille
de l'animal. Cependant, bon nombre d'animaux comme le loup-cervier
exercent une faible pression relativement à leur taille.
Fait intéressant, la pression exercée par le lièvre d'Amérique,
le repas préféré du loup-cervier, est encore moins élevée.
Dans la course évolutionniste de l'adaptation aux habitats
neigeux, le lièvre d'Amérique est encore en tête !
Nous exerçons plus de pression au sol que les animaux parce
que notre poids est réparti seulement sur deux pieds et
non sur quatre. C'est pourquoi les habitants des régions
neigeuses ont inventé les raquettes et les skis. Ceux-ci
augmentent l'étendue de la surface sur laquelle nous marchons
tout en diminuant la pression exercée au sol, de sorte que
nous puissions nous déplacer plus facilement sur la neige.
Matériel nécessaire
Raquettes pour la moitié des élèves; feuille de papier quadrillé
pour chaque élève; pèse-personne (en kilogrammes) ou demandez
aux élèves de se peser à la maison en kilogrammes; jetons
de couleurs représentant la nourriture (trois ou quatre
par élève); un champ de neige intacte; calculatrices (facultatif);
photos d'animaux en hiver (facultatif).
Marche à suivre
1) Discutez des adaptations qui aident les animaux à survivre
en hiver et établissez la liste de ces adaptations.
2) Discutez de l'importance d'une faible pression au sol,
en ce qui concerne la survie en hiver. Demandez aux élèves
de se peser s'ils ne l'ont pas déjà fait à la maison, puis
convertissez leur poids en grammes. À présent, les élèves
sont prêts à calculer leur propre pression exercée par chaque
pied.
a) En premier lieu, ils posent un pied nu
sur une feuille de papier quadrillé en centimètres carrés
et tracent le contour. Puis, ils comptent le nombre de carrés
à l'intérieur de la ligne qu'ils ont tracée, y compris les
carrés dont plus de la moitié est à l‘intérieur de la ligne.
(Ne comptez pas les carrés dont moins de la moitié est à
l'intérieur de la ligne).
b) À présent, multipliez le nombre de carrés
par deux pour obtenir la superficie totale supportant l'élève
lorsqu'il ou elle est debout sur ses deux pieds.
c) Ensuite, chaque élève calcule la pression
exercée par ses pieds en divisant leur poids (en grammes)
par la superficie d'appui (cm2). Le calcul se fait comme
suit : poids de l'élève (g) (g/cm2) = superficie d'appui
de la pression au sol (cm2).
3) Comparez la pression exercée par les pieds de l'élève
à celle du loup-cervier (32g/cm2). Lequel pourra se déplacer
le plus efficacement sur la neige ?
4) À l'extérieur, lancez les jetons sur toute l'aire du
jeu, idéalement un champ où la neige est profonde et intacte.
Une couche de vingt centimètres de neige est satisfaisante,
toutefois, de la neige plus profonde ferait encore mieux
l'affaire !
5) Divisez le groupe en deux équipes — lièvres d'Amérique
et cerfs. Les lièvres d'Amérique portent des raquettes,
tandis que les cerfs ne portent que des bottes d'hiver.
6) Les deux équipes se placent en bordure du terrain de
jeu. L'enseignant donne le signal de départ. Chaque équipe
se déplace rapidement à la grandeur du champ, cueillant
le plus de jetons de nourriture possible dans une limite
de temps d'au plus cinq minutes. Nota : Les lièvres devraient
être plus efficaces que les cerfs, toutefois le manque d'expérience
de l'utilisation de raquettes pourrait fausser les résultats
!
7) En classe, chaque équipe compte ses jetons de nourriture
et compare les taux de succès. Discutez du lien qui existe
entre leur expérience du jeu et la survie de la faune en
hiver. Comment l'être humain peut-il réduire la pression
au sol, ce qui lui permettrait de se déplacer plus efficacement
? Quels autres animaux exercent des pressions élevées sur
la neige ? Comment peuvent-ils faire face à la neige profonde
?
Variantes
Les élèves calculent les pressions au sol de différents
animaux comme l'orignal, le caribou, la musaraigne, etc..
Autres possibilités
1) Les élèves présentent un exposé de leurs constatations
en traçant un grand graphique illustrant le rapport entre
les pressions exercées au sol par leurs pieds et celles
des animaux qui se déplacent efficacement sur la neige.
Les élèves ajoutent des dessins au graphique en vue d'en
faire une affiche éducative.
2) Expliquez certaines adaptations que font les animaux
et les gens qui exercent des pressions plus élevées au sol
en vue de se déplacer plus facilement sur la neige.
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Atout-faune