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La description

Ce projet a pour but d’enseigner le système solaire aux participants : l’ordre des planètes, leur vitesse et leur période de révolution. Dans le cadre du projet, on utilise les balles Sphero Sprk+ comme planètes et l’application Sphero Edu de programmation par bloc afin de programmer les balles Sphero. Les participants ont la possibilité de trouver les orbites et d’examiner le code pour résoudre le problème! Cette activité a été élaborée par X-Chem Outreach de l’Université Saint-Francis-Xavier, un membre du réseau Actua, et est elle partagée avec autorisation dans le cadre de la Semaine de la culture scientifique 2018 sur le thème de l’espace.  

Leçon

Ce projet a pour but d’enseigner le système solaire aux élèves : la disposition des planètes, leur vitesse et leur période de révolution. On utilise Sphero Sprk + pour représenter les planètes et l’application Sphero Edu pour programmer par bloc les Sphero. À la fin, nous discutons de la manière dont le modèle se compare aux planètes dans l’espace et quelle erreur peut survenir pendant l’utilisation de balles Sphero pour la représentation des orbites planétaires. De plus, les enfants peuvent apprendre le code JavaScript qui correspond à la programmation par bloc qu’ils ont faite.

Pour commencer, divisez la classe en 4 ou 5 équipes, selon l’espace disponible. Dans notre système solaire Sphero, nous n’aurons que 4 à 5 planètes par manque d’espace.

Remarque : Pour avoir cinq planètes, il faut prévoir un espace libre d’un rayon de 5,3 mètres. Le gymnase est un endroit idéal pour faire cette activité. Pour quatre planètes, il vous faut un espace libre d’un rayon de 1,6 mètre.

Connectez les balles Sphero à l’application Sphero Edu et créez un nouveau programme sous l’onglet Programmes. Assurez-vous qu’ils choisissent la programmation par bloc, et que Sphero est le robot compatible.

Une fois que les groupes sont prêts, discutez de l’ordre des planètes à partir du Soleil et assignez une planète à chaque équipe, de Mercure à Mars ou Jupiter. Ensuite, demandez aux participants s’ils connaissent la couleur de leur planète et demandez-leur de programmer leur balle Sphero en fonction de cette couleur.

 

Planète Couleur

Mercure

Blanc
Vénus Jaune
Terre Bleu
Mars Rouge
Jupiter Orange

Remarque : L’option de couleur est disponible sous la fonction Lights and Sounds en utilisant la fonction principale LED.

Ensuite, abordez les vitesses des planètes avec les élèves (voir tableau ci-dessous). Discutez de leurs très grandes vitesses en les comparant à celles de la voiture, de l’avion et de la fusée. 

Méthode Vitesse moyennes (km/h) Vitesse en km/h comparée à la vitesse de la planète
Voiture 50 0.014
Avion 850 0.236
Fusée 28 440 7.9

Comme les unités sur Sphero ne sont pas en métrique, nous devons les convertir en cm/s pour modéliser la vitesse réelle des planètes (en km/s). De plus, pour adapter l’expérience à notre système solaire, nous utiliserons une vitesse réduite.

Sélectionnez d’abord une valeur de base pour l’une des planètes. Sur Sphero, nous choisissons la valeur 40 pour la Terre qui représente 29,8 km/s; ce qui fait que 47,4 km/s  correspond à 64,3, et ainsi de suite.

 

Planète Vitesse (km/h) Vitesse Sphero Vitesse (cm/s) après réduction
Mercure

47,4

64,3 50,4
Vénus 35 47 36.8
Terre 29.8 40 31.3
Mars 24.1 32.3 25.3
Jupiter 13.1 17.5 13.7

Ensuite, discutez de la distance entre les planètes et le soleil. Présenter le concept de l’unité astronomique (UA) qui permet de calculer la distance des autres planètes en prenant comme unité de mesure la distance entre la Terre et le Soleil. Pour mieux expliquer cette notion, utilisez comme unité de mesure un crayon à sa pleine grandeur et mesurez différents objets en fonction de la longueur du crayon. Un écran iPad, par exemple, mesure 1,5 crayon.

Laissez les élèves utiliser l’application pour définir la vitesse Sphero correspondant à leur planète.

 

Distances planétaires

Planète Distance (km) Distance (UA)
Mercure 57.9 millions 0.39
  108.2 millions 0.72
  149.6 millions 1
  227.9 millions 1.52
  778.3 million 5.20

 

Nous utiliserons l’UA, mais convertie en mètre. Donc, 1 UA représente 1 mètre (100 cm) dans notre système solaire Sphero. Maintenant, les participants calculent la circonférence de l’orbite de leur planète en utilisant un rayon de 2*π. Aussi, le temps nécessaire pour orbiter peut être calculé en utilisant la vitesse en cm/s et la circonférence qu’ils viennent d’obtenir (temps = circonférence/vitesse).

Ensuite, demandez-leur combien de fois la Terre a fait le tour du Soleil jusqu’à présent et si elle s’arrêtera bientôt. Pour accomplir cette tâche dans notre système solaire, nous utilisons la fonction de boucle (loop) sous l’onglet Contrôles. Laissez-les réfléchir au type de boucle qu’ils doivent utiliser. Une fois qu’ils parviennent à un consensus, assurez-vous qu’ils ont choisi une « boucle perpétuelle ». Pour la dernière fonction, sélectionnez la fonction de rotation sous l’onglet Mouvements et insérez-la dans la boucle. Cela permet de s’assurer qu’elle orbitera tant que le programme sera en exécution.

Demandez aux participants d’entrer le temps qu’ils ont calculé et le nombre de degrés pour faire un tour complet (360). Vous pouvez vérifier l’heure avec les valeurs suivantes :

 

Temps de la planète

Planète Temps (secondes)
Mercure 4.85
Vénus 12.26
Terre 20.02
Mars 37.75
Jupiter 237.4

 

Une fois qu’ils sont prêts, utilisez un ruban à mesurer pour placer les balles Sphero à leur rayon respectif. Placez un « soleil » à 0 cm. Avant de démarrer l’application, assurez-vous qu’un élève de chaque équipe se trouve à droite du ruban à mesurer faisant face à sa planète. Dites-leur d’appuyer sur AIM, sur l’application Sphero Edu et de pointer la lumière Sphero vers eux.

Dites-leur d’appuyer sur Démarrer tous en même temps et d’observer le système solaire. Tôt ou tard, les planètes quitteront leur orbite et entreront en collision. Discutez des sources d’erreur à l’origine de cet événement catastrophique.

Remarque : La saleté sur le sol, une mauvaise orientation ou une mauvaise position du Sphero peuvent expliquer la déviation de la trajectoire. Si vous comparez la taille d’une particule de saleté et celle de Sphero qui représente une planète, la particule de saleté représenterait une ville comme Toronto. En réalité, que se passerait-il si un astéroïde aussi gros que la ville de Toronto frappait la Terre? De plus, que se passerait-il si plusieurs astéroïdes frappaient la Terre? Il y a de nombreuses particules de saleté sur le sol et ces petites particules perturbent l’une après l’autre la trajectoire de la planète. Si une planète déviait de son orbite, elle pourrait aller frapper d’autres planètes et perturber l’ensemble du système solaire.

Arrêtez le programme et demandez aux élèves d’appuyer sur les trois points, dans le coin supérieur droit de l’application, pour ouvrir les paramètres. En sélectionnant le code JavaScript, ils seront en mesure de voir le code correspondant au code qu’ils ont écrit.

 

 

Lien vers un échantillon du code de la Terre (http://exchange.actua.ca/sites/default/files/image1.png)

Table de données Sphero par XC

Données sur les planètes

Cette activité s’inspire de l’activité Mouvement planétaire de Sphero.

Modifications et prolongements

Si les participants doivent terminer cette activité à la maison ou n’ont pas accès à plusieurs Sphero avec dispositifs connexes, demandez-leur de trouver d’autres moyens de créer un modèle du système solaire en trois dimensions et de représenter son fonctionnement. Tenir compte des éléments suivants : Comment pourrions-nous utiliser l’échelle pour refléter les tailles respectives des planètes? Comment pouvons-nous modéliser le mouvement des planètes? Quels matériaux pourrions-nous utiliser pour simuler l’apparence des planètes?