Fabriquer une toupie avec un vieux CD
« La toupie arc-en-ciel »
- ÂgeDès 6 ans
- Durée25 min
- AdulteAdulte dans la pièce
- OùSur une table
Transforme un vieux disque en toupie CD bouchon qui tourne et révèle des reflets arc-en-ciel. Dès 6 ans, avec un adulte dans la pièce, tu découvres comment placer les pièces pour garder l’équilibre, sans colle. Compte 10 minutes de préparation et 15 minutes d’expérience.
La question
Comment peux-tu faire tourner ton CD sans qu’il bascule tout de suite ?
Ton hypothèse
Que va-t-il se passer, à ton avis ? Formule ton hypothèse avant de commencer.
Le matériel
- 1 Vieux CD intact, sans fissure ni bord coupant
- 1 Bouchon de bouteille
- 20 g Pâte à modeler
- 3 Feutres
L’expérience
- 1
Installe le matériel au centre d’une table lisse, stable et dégagée, sous un éclairage ambiant. Pose le CD avec sa face imprimée vers le haut.
- 2
Trace trois grands motifs sur la face imprimée avec les trois feutres, sans appuyer fort. Laisse les traces sécher avant de toucher cette face.
Si l’encre n’adhère pas, garde simplement le décor d’origine : les couleurs ajoutées ne sont pas nécessaires au fonctionnement.
- 3
Partage les 20 g de pâte à modeler en deux parts à peu près égales. Avec la première, forme un petit cône large à la base, haut d’environ 1 cm, avec une pointe légèrement arrondie.
- 4
Retourne le CD et fixe la base du cône au milieu de sa face brillante, juste sur le trou central. Presse sa base pour qu’elle adhère au disque, en gardant la pointe bien dans le prolongement du centre.
- 5
Retourne doucement le disque et tiens-le par le bord pendant le montage. Aplatis la seconde part de pâte au centre de la face imprimée, puis enfonce dedans le bord ouvert du bouchon, bien au milieu ; son fond fermé reste au-dessus.
Répartis la pâte régulièrement autour du bouchon pour éviter une grosse bosse sur un seul côté.
- 6
Après la vérification des fixations par l’adulte, pose la pointe sur la table, au centre de l’espace dégagé. Tiens le bouchon entre deux doigts, donne un mouvement de rotation sur place, puis retire les doigts sans pousser la toupie sur le côté.
- 7
Observe la toupie jusqu’à son arrêt complet, en gardant les mains à distance du disque. Fais trois essais avec le même montage et compare le balancement au départ, pendant la rotation et juste avant l’arrêt.
Observe
Quand le montage est bien centré et que le départ est assez vif, le disque peut tourner un court moment sur sa pointe. S’il penche beaucoup dès le départ, son bord touche rapidement la table. En ralentissant, la toupie se met généralement à osciller davantage, puis elle bascule. Selon ta place et l’éclairage ambiant, tu peux aussi apercevoir des reflets colorés sur la face brillante, même lorsque le disque est immobile.
À noter dans ton carnet
- Pour chaque essai, le départ était-il lent ou assez vif ?
- Le disque tournait-il presque à plat ou avec un fort balancement ?
- Combien de nombres as-tu prononcés, à rythme régulier, avant que le bord touche la table ?
- Les reflets colorés étaient-ils aussi visibles à l’arrêt ?
Comprendre
Quand ton CD tourne assez vite, il garde plus facilement son axe droit, comme une toupie. Le contact avec la table et l’air le freine : il ralentit, penche, puis s’arrête.
Le bouchon sert de poignée pour lancer la toupie. La pointe de pâte à modeler sert d’appui sur la table. Ils doivent être alignés avec le centre du disque : cet alignement forme l’axe de rotation, une ligne imaginaire autour de laquelle l’objet tourne. Si la pâte est surtout d’un côté, le poids est mal réparti et le disque se balance davantage.
Un objet qui tourne possède un moment cinétique. Ce nom désigne une grandeur qui dépend de la répartition de sa masse et de sa vitesse de rotation. Quand le CD tourne assez vite, son moment cinétique contribue à maintenir l’orientation de son axe : il ne bascule pas immédiatement comme il le ferait presque à l’arrêt. Tu peux observer un comportement semblable avec une toupie de jeu bien lancée.
Dans cette expérience, les frottements sont des actions qui freinent la rotation. Ici, la pointe frotte contre la table et l’air freine aussi le disque. La pâte à modeler se déforme un peu au point de contact, ce qui participe au ralentissement. Cette fabrication ne tourne donc pas forcément longtemps : quelques tours permettent déjà de comparer les essais. Quand la rotation devient trop lente, la toupie perd sa stabilité et son bord touche la table.
Les reflets arc-en-ciel ont une autre origine. La face brillante du CD porte des pistes extrêmement rapprochées. Elles renvoient les différentes couleurs de la lumière dans des directions différentes : ce phénomène s’appelle la diffraction. La rotation ne crée pas ces couleurs. Si le disque se balance et change d’inclinaison, les reflets visibles peuvent changer. Un CD immobile peut donc déjà montrer des reflets colorés sous l’éclairage de la pièce.
- Rotation
- Mouvement d’un objet qui tourne autour d’un axe.
- Axe de rotation
- Ligne imaginaire autour de laquelle un objet tourne.
- Moment cinétique
- Grandeur liée au mouvement de rotation, qui dépend notamment de la vitesse et de la répartition de la masse.
- Frottements
- Actions de contact qui freinent ici la rotation, entre la pointe et la table ainsi qu’entre le disque et l’air.
- Diffraction
- Phénomène par lequel les pistes très rapprochées du CD renvoient les couleurs de la lumière dans différentes directions.
Nouveau défi : Un départ lent ou un départ vif ?
Garde exactement le même montage et la même quantité de pâte. Compare trois départs lents et trois départs un peu plus vifs, toujours sur place au centre de la table. Compte à voix haute au même rythme et cherche quel départ permet le plus souvent au disque de rester en équilibre.
Autres idées à tester
- Avec les mêmes 20 g de pâte, reforme la pointe pour qu’elle soit un peu plus arrondie, sans augmenter sa hauteur. Après vérification de la fixation par l’adulte, observe si le balancement change.
- Observe les reflets du CD arrêté puis en mouvement depuis la même place, sans soulever ni incliner le disque vers un visage.
Ranger et jeter
Après l’arrêt de la toupie, retire doucement la pâte et rassemble tous ses morceaux. Range la pâte, le bouchon et les feutres refermés hors de portée des tout-petits. Essuie la table avec un torchon et conserve le CD intact pour le réutiliser.
Ne mets pas la pâte à modeler dans l’évier. Jette à la poubelle les petits résidus devenus inutilisables, selon les consignes locales. Conserve le bouchon, les feutres et le CD pour une prochaine utilisation.
Pour les enseignants et les animateurs
- Classes
- CP-CE2, puis approfondissement en CM1-6e
- Notion
- Observer un mouvement de rotation, comparer des conditions de lancement et distinguer stabilité mécanique et origine des couleurs.
- Compétences
- Formuler une hypothèse et la confronter à des observations.
- Réaliser un montage simple en respectant des consignes.
- Comparer plusieurs essais en ne faisant varier qu’un paramètre.
- Décrire un mouvement et communiquer un résultat avec un dessin et des phrases précises.
- En classe
- Pour 25 élèves, vous pouvez constituer cinq groupes de cinq, chacun disposant du matériel complet indiqué. Prévoyez 10 minutes de préparation et 15 minutes d’essais, avec une zone centrale dégagée sur chaque table. Vous vérifiez chaque CD puis chaque montage avant les lancements ; les élèves alternent les rôles de constructeur, lanceur et observateur. Lors de la mise en commun, comparez les départs et les balancements plutôt que des records de durée.
- À la fin, l’élève sait…
- L’élève doit pouvoir dire que le centrage et une rotation suffisante favorisent la stabilité, que les frottements ralentissent la toupie et que les couleurs du CD peuvent être visibles sans rotation. Au cycle 3, vous pouvez lui demander de distinguer ce qui a été observé de l’explication proposée.
Questions fréquentes
Pourquoi notre toupie bascule-t-elle presque immédiatement ?
Vérifiez d’abord que le bouchon et la pointe sont bien au centre du disque. Une pointe très aplatie ou une grosse masse de pâte sur un côté augmente les difficultés. Reformez la même pâte, puis vérifiez de nouveau les fixations avant un autre essai. Même bien réglée, cette pointe souple peut freiner davantage qu’une pointe rigide fine de forme et d’état de surface comparables, sur la même table, car la pâte se déforme au contact : une rotation courte reste un résultat exploitable.
Faut-il absolument dessiner sur le CD pour obtenir l’arc-en-ciel ?
Non, les reflets colorés viennent des pistes du CD, pas des feutres. Le décor permet surtout de personnaliser la face imprimée et de mieux repérer son mouvement. Si les feutres n’adhèrent pas au disque, laissez cette face telle quelle. Vous pouvez observer les reflets sous l’éclairage ambiant, sans orienter le disque vers les yeux.
