La fusée à ballon sur une ficelle
« La fusée tyrolienne »
- ÂgeDès 6 ans
- Durée20 min
- AdulteAdulte dans la pièce
- OùDehors
Avec cette expérience de fusée ballon ficelle, tu transformes un ballon en véhicule guidé pour observer comment l'air le propulse. Tu peux préparer cette fusée tyrolienne dès 6 ans, avec un adulte dans la pièce : comme l'activité se déroule dehors, l'adulte reste dans le même espace et surveille les essais. Prévois 10 minutes de préparation et 10 minutes d'expérience, dans une cour ou un jardin.
La question
Comment l'air peut-il faire avancer ton ballon ?
Ton hypothèse
Que va-t-il se passer, à ton avis ? Formule ton hypothèse avant de commencer.
Le matériel
- 1 Ballon de baudruche
- 1 morceau de 2 m Ficelle de cuisine
- 1 Paille en plastique
- 2 bandes de 10 cm Ruban adhésif
- 3 Pinces à linge
L’expérience
- 1Étape de l’adulte
L'adulte choisit deux supports bas déjà présents dans une cour ou un jardin, loin des routes et de l'eau. Il dégage le passage entre eux et vérifie que personne ne devra traverser le trajet pendant l'essai.
- 2
Passe une extrémité de la ficelle dans la paille. Fais ressortir la ficelle de l'autre côté et laisse la paille dessus.
Garde la ficelle aussi droite que possible pour la faire passer sans la coincer.
- 3Étape de l’adulte
L'adulte installe la ficelle horizontalement à 30 cm du sol, entre les deux supports, en fixant chaque extrémité avec une pince à linge. Il tend la ficelle sans forcer, vérifie la tenue des deux ancrages et fait coulisser la paille.
- 4Étape de l’adulte
L'adulte gonfle modérément le ballon, en gardant une partie de son col souple. Il pince le col avec les doigts, replie l'ouverture et la maintient aplatie avec la troisième pince à linge pour retenir l'air.
Si de l'air s'échappe déjà, l'adulte replace la pince avant de poursuivre.
- 5
Place la paille près d'une extrémité du trajet. Pendant que l'adulte soutient le ballon sous la paille, fixe le ballon à celle-ci avec les deux bandes de ruban adhésif : son ouverture doit pointer vers l'extrémité de départ, parallèlement à la ficelle.
Les bandes passent sur la paille et adhèrent au ballon de chaque côté, sans toucher la ficelle ni recouvrir l'ouverture du ballon.
- 6
Place-toi sur le côté du trajet, avec l'adulte, et vérifie que tout le monde reste sur le côté. Soutiens doucement le ballon sans tirer sur la paille ni sur la ficelle.
- 7
Retire la pince du col du ballon et cesse de soutenir le ballon, sans lui donner d'élan. Garde la pince dans ta main et observe le sens de sortie de l'air ainsi que le déplacement du ballon.
- 8
Attends que le ballon soit immobile. Observe l'endroit où la paille s'est arrêtée et compare-le au point de départ.
- 9Étape de l’adulte
L'adulte laisse sortir l'air restant, détache le ballon et retire le ruban adhésif. Il jette le ballon et le ruban à la poubelle, puis décroche et range la ficelle, la paille et les trois pinces.
Observe
Quand tu retires la pince, tu entends l'air sortir du ballon. Le ballon et la paille avancent généralement dans le sens opposé à cette sortie d'air. Le ballon rétrécit, et sa forme peut devenir irrégulière pendant le trajet. Il peut ralentir et s'arrêter avant l'autre extrémité : parcourir toute la ficelle n'est pas nécessaire pour observer le phénomène.
À noter dans ton carnet
- La direction vers laquelle l'ouverture du ballon était tournée au départ.
- Le sens du déplacement du ballon par rapport à la sortie d'air.
- La partie du trajet parcourue : moins de la moitié, environ la moitié ou plus de la moitié.
- Un éventuel frottement, une fuite d'air avant le départ ou une déviation du ballon.
Comprendre
L’air sort vers l’arrière et pousse le ballon vers l’avant.
Le ballon pousse l'air vers l'arrière, et cet air pousse en retour le ballon vers l'avant. La paille et la ficelle lui montrent le chemin, mais ne le font pas avancer.
Quand le ballon est gonflé, son enveloppe est étirée. Elle serre l'air qu'elle contient : cet air exerce une pression, c'est-à-dire une poussée répartie sur les surfaces qu'il touche. Quand l'ouverture est libérée, l'air s'en échappe, car la pression à l'intérieur est supérieure à celle de l'air autour du ballon.
Pendant que l'air sort, le ballon exerce une force sur cet air et l'accélère vers l'arrière. Une force est une action capable de modifier un mouvement ou de déformer un objet. En retour, l'air exerce une force opposée sur le ballon, qui peut alors avancer. Ces deux forces agissent en même temps sur deux objets différents : le ballon et l'air expulsé. C'est le principe d'action-réaction.
L'air expulsé n'a pas besoin de s'appuyer sur la ficelle pour propulser le ballon. La ficelle sert de guide : la paille glisse dessus et limite les mouvements de côté. On retrouve une action réciproque dans la marche : ton pied pousse le sol vers l'arrière, et le sol pousse ton pied vers l'avant.
Le mouvement dépend aussi des frottements, des actions qui s'opposent au glissement entre deux surfaces. Ici, la paille peut frotter sur la ficelle, surtout si elle est de travers ou si le ruban touche le fil. Le ballon rencontre également la résistance de l'air. Il peut donc s'arrêter avant la fin du trajet, même si le principe de propulsion fonctionne très bien.
Quand le ballon est gonflé, son enveloppe étirée serre l’air intérieur. Cet air exerce une pression sur les surfaces qu’il touche. À l’ouverture du col, l’air s’échappe parce que sa pression est plus élevée dans le ballon qu’à l’extérieur.
Le ballon accélère l’air vers l’arrière. En retour, cet air pousse le ballon vers l’avant : c’est l’action-réaction. Ces deux forces sont opposées et de même intensité. Elles ne s’annulent pas sur le ballon, car l’une agit sur l’air expulsé et l’autre sur le ballon.
Distingue ce qui propulse de ce qui guide : l’air expulsé fait avancer le ballon, tandis que la paille et la ficelle limitent ses mouvements de côté. La ficelle ne fournit donc pas la poussée qui le propulse.
D’autres actions que la propulsion influencent aussi le mouvement. Le frottement entre la paille et la ficelle s’oppose au glissement, et l’air autour du ballon résiste aussi à son déplacement. Si le ballon s’arrête avant le bout, cela ne contredit pas l’action-réaction : observe surtout son sens de déplacement par rapport à celui de l’air expulsé.
- Pression
- Poussée répartie sur une surface ; l'air du ballon pousse notamment sur son enveloppe.
- Force
- Action capable de modifier le mouvement d'un objet ou de le déformer.
- Action-réaction
- Principe selon lequel deux objets qui agissent l'un sur l'autre exercent des forces opposées, de même intensité.
- Propulsion
- Action de faire avancer un objet ; ici, elle vient de l'air expulsé par le ballon.
- Frottement
- Action entre deux surfaces en contact qui s'oppose à leur glissement.
Nouveau défi : Peut-elle repartir dans l'autre sens ?
Avant le rangement final, prédis le sens du déplacement si l'ouverture du ballon pointe vers l'autre extrémité. Avec l'adulte, reprends le montage depuis cette autre extrémité, en réutilisant uniquement le même matériel et en gonflant le ballon au même volume apparent ou moins. Garde la même installation et les mêmes positions sur le côté, puis compare ta prédiction au déplacement observé.
Autres idées à tester
- Avant le rangement, refais un essai avec le même ballon moins gonflé, sans changer le reste du montage. Compare la partie du trajet parcourue, sans conclure à partir du seul bruit de l'air.
- Observe un essai depuis l'autre côté de la ficelle, toujours hors du trajet. Vérifie que changer de place ne change pas la relation entre le sens de sortie de l'air et celui du déplacement.
Ranger et jeter
Après le dernier essai, l'adulte dégonfle complètement le ballon et enlève le ruban. Il vérifie le sol, récupère tout fragment éventuel, retire la ficelle et range la paille ainsi que les trois pinces. Aucun déchet ne va dans l'évier.
Le ballon, ses fragments éventuels et le ruban adhésif vont dans la poubelle des déchets résiduels. Conserve la ficelle, la paille et les pinces pour les réutiliser si elles sont en bon état ; sinon, suis les consignes locales de tri. Évier : non.
Pour les enseignants et les animateurs
- Classes
- Cycle 2 : CP-CE2, dès 6 ans ; cycle 3 : CM1-6e.
- Notion
- Observer un déplacement produit par l'expulsion d'air, distinguer propulsion et guidage, puis aborder le principe d'action-réaction avec un vocabulaire adapté.
- Compétences
- Formuler une hypothèse et la confronter à une observation.
- Suivre un protocole et respecter les règles de sécurité.
- Décrire un mouvement en précisant une direction et un sens.
- Comparer des essais en ne modifiant qu'un paramètre.
- En classe
- Pour 25 élèves, formez cinq groupes de cinq et utilisez un seul montage, avec le matériel indiqué, en faisant passer les groupes successivement. Prévoyez 10 minutes de préparation et environ 10 minutes d'essais, pendant lesquelles chaque groupe observe un départ ; vous assurez le gonflage et vérifiez les ancrages. Attribuez des rôles : libérer le ballon, observer l'ouverture, suivre la paille, repérer l'arrêt et rapporter les observations. Gardez tous les élèves sur le côté du trajet et terminez par une mise en commun sur deux sens opposés : celui de l'air expulsé et celui du ballon.
- À la fin, l’élève sait…
- L'élève doit pouvoir dire que l'air sort dans un sens tandis que le ballon avance dans l'autre, et que la paille sur la ficelle guide le déplacement sans fournir la propulsion.
Questions fréquentes
Pourquoi le ballon ne parcourt-il pas toute la ficelle ?
Cela ne signifie pas que l'expérience a échoué. Vérifiez que la paille coulisse librement, que la ficelle reste horizontale et que le ruban ne touche pas le fil. Une fuite avant le départ ou une ouverture orientée de travers peut aussi réduire le déplacement. L'observation importante est le mouvement opposé à la sortie d'air, pas l'arrivée au bout du trajet.
Mon enfant de 6 ans peut-il gonfler lui-même le ballon ?
Non : pour un enfant de moins de 8 ans, le gonflage est réservé à l'adulte, qui surveille ensuite l'utilisation du ballon. Dans cette expérience, le gonflage est réservé à l'adulte pour tous les âges. Votre enfant peut enfiler la paille, participer à la fixation du ballon et libérer l'air sous votre surveillance. En cas d'allergie connue au latex, ne réalisez pas cette expérience.
Faut-il gonfler davantage le ballon pour réussir ?
Non, un gonflage modéré suffit pour observer la propulsion. Si le ballon ne bouge pas, commencez par vérifier le glissement de la paille et l'orientation de l'ouverture. Ne cherchez pas à augmenter le volume pour compenser un montage qui coince. Vous pouvez obtenir une observation utile même avec un trajet court.
