Activités Petit poisson deviendra grand !
RÉSUMÉ
Les élèves essayeront de concevoir le poisson capable de
se déplacer le mieux dans l'eau en mouvement en faisant
des expériences avec des modèles soumis à un jet d'air.
Pour relever ce défi, ils étudieront de quelle façon le
profil d'un poisson et la taille et l'emplacement de ses
nageoires sont reliés à la résistance et à la stabilité.
OBJECTIFS
Les élèves pourront :
1. déterminer l'efficacité relative de diverses formes de
poissons quant à leur déplacement dans l'eau;
2. déterminer l'agencement le plus stable des nageoires,
de même que leurs fonctions.
APERÇU
Liens avec le programme-cadre : (7SSM), (8SMM), (8SSV)
Lieu : laboratoire
Durée : au moins 120 minutes
Termes clés : aérodynamique, friction, nageoires (caudale,
dorsale, pectorale, pelvienne, ventrale), résistance, turbulence
RENSEIGNEMENTS À L'INTENTION DES ENSEIGNANTS
La friction désigne la résistance à un mouvement relatif
entre des surfaces de contact. La turbulence résulte de
l'agitation désordonnée de particules dans un fluide. Même
si une surface semble très lisse à l'oeil nu, elle comprend
de nombreuses irrégularités microscopiques (des bosses et
des crêtes) qui restreignent l'écoulement de l'eau et augmentent
la turbulence. La résistance décrit l'effet combiné de la
friction et de la turbulence sur un objet. Plus la résistance
est élevée, plus l'objet aura de la difficulté à se mouvoir
dans le fluide.
Les nageoires constituent l'appareil propulseur des vertébrés
aquatiques. Les nageoires d'un poisson se répartissent habituellement
comme suit : une ou plusieurs nageoires dorsales et ventrales
qui assurent l'équilibre; une nageoire caudale, ou la queue,
le principal organe de propulsion; une paire de nageoires
pectorales attachées à la ceinture scapulaire (épaule) et
des nageoires pelviennes attachées à la ceinture pelvienne
(ces deux dernières sortes de nageoires servent à orienter
les mouvements des poissons).
De nombreux poissons se sont adaptés à des situations qui
favorisent leur immobilité; leur profil leur permet de se
soutenir facilement sans remuer ou de se nourrir sur le
fond du lac. La présente leçon ne porte que sur l'efficacité
du profil dans des eaux en mouvement et vise, par conséquent,
à déterminer le meilleur profil pour les poissons qui vivent
dans des eaux en mouvement ou qui ont besoin de gagner de
la vitesse pour se nourrir ou se mouvoir.
Pour les fins de la présente leçon, le profil le plus efficace
sera considéré comme celui qu'un courant d'air déplace le
moins, le long d'une règle. À partir de cette observation,
les élèves devraient pouvoir conclure que le poisson pouvant
se mouvoir le mieux dans des eaux en mouvement est celui
dont le profil est le plus aérodynamique, c'est-à-dire celui
offrant le moins de résistance.
Essayez l'exercice quelques fois en avance, avec une boule
de Plasticine ayant la même masse que celle donnée aux élèves,
afin de déterminer l'emplacement idéal du tuyau de l'aspirateur
ou du sèche-cheveux par rapport à la forme en Plasticine.
(L'emplacement sera fonction de la force du courant d'air
que produit l'aspirateur.) Servez-vous de cette distance
uniformisée pour tous les tests que devront faire les élèves.
Donnez aux élèves la possibilité de faire de nombreux essais
étant donné qu'ils devront vérifier l'efficacité d'une gamme
de formes et d'emplacements de nageoires.
MATÉRIEL
Plasticine (morceaux d'environ 100 g); ficelle; règles;
blocs de bois (2"x4" ou 2"x6"); aspirateurs ou sèche-cheveux;
carton (par exemple, d'une boîte à chaussures); ciseaux;
supports universels; crampons
MARCHE À SUIVRE
1. Demandez aux élèves d'examiner les rapports entre le
profil d'une espèce de poisson et son adaptation en répondant
aux questions suivantes :
2. Demandez à chaque élève ou à chaque groupe d'élèves de
faire trois formes en Plasticine offrant le moins de résistance
possible.
a) Suspendre, au moyen d'une ficelle, la
forme qui doit faire l'objet de l'essai à un crampon sur
le support universel entre le bloc de bois et la règle.
Assurez-vous que la partie avant de la forme est alignée
avec la marque de 0 mm de la règle.
b) Placez le suceur de l'aspirateur ou du sèche-cheveux
à une certaine distance de la règle, fixée à l'avance.
c) Mettez l'aspirateur en marche et mesurez la distance
maximale (en millimètres) que se déplace la partie antérieure
de la forme en Plasticine le long de la règle. Consignez
cette distance.
d) Observez la stabilité de la forme dans le courant d'air
et notez-la. Vous pouvez vous servir, par exemple, d'une
échelle de 0 à 5, 0 représentant la forme qui se déplace
dans tous les sens et 5, la forme qui est complètement solide
et fixe.
5. Demandez aux élèves de refaire le test avec le suceur
de l'aspirateur en utilisant des nageoires de différentes
formes et divers emplacements, puis d'en consigner les résultats.
6. Quand tous les élèves ou tous les groupes ont trouvé
la combinaison qu'ils jugent la plus stable, organisez un
concours en soumettant tous les poissons de la classe au
test de l'aspirateur afin de trouver le modèle le plus efficace.
ÉVALUATION
Demandez aux élèves d'étudier les fiches d'information «Les
poissons de l'Ontario» et de construire un modèle, en Plasticine,
d'un des poissons qui y est représenté (par exemple, le
crapet-soleil, la perchaude, le grand brochet ou le meunier
noir), et d'y ajouter les nageoires appropriées. Après avoir
répété le test sur ce poisson, posez-leur les questions
suivantes :
ÉLÉMENTS COMPLÉMENTAIRES
1. On peut organiser une excursion à un cours d'eau de la
localité après l'expérience en salle de classe afin de mesurer
l'efficacité du poisson en Plasticine dans une eau dont
la vitesse est lente. Demandez aux élèves de suspendre leurs
poissons à un mètre placé au-dessus de l'eau et d'observer
le comportement des différents modèles.
2. Demandez aux élèves d'étudier des leurres et d'observer
comment les différentes formes et caractéristiques influent
sur leur mouvement dans l'eau. Différentes sortes de leurres,
comme les cuillers, pourraient faire l'objet de comparaisons.
Demandez aux élèves d'étudier les ressemblances qui existent
entre les mouvements des leurres et ceux des poissons. De
nombreux leurres sont conçus pour ressembler à des poissons
blessés; ils se déplacent donc de façon irrégulière ou instable.
Les élèves peuvent construire des leurres à partir de vieilles
cuillers ou de bouts de bois.
Atout-faune