ENSEIGNER
mercredi 22 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: L’Univers en mouvement et le temps
  -  Seconde (Seconde (prog. 2010) )  -  Physique

Exercice 2: Caisses sur tapis roulant

 
Le diagramme ci-dessous montre les positions, à des intervalles de temps de 0,2 secondes, de

deux caisses A et B qui se déplacent sur des tapis roulants. Les photographies sont prises
par-dessus. Les deux caisses se déplacent vers la droite.

(a) Représenter la trajectoire de chacune des deux caisses dans le référentiel terrestre.

Caisse A

Caisse B

(b) Comment varie la vitesse de chacune des deux caisses dans le référentiel terrestre ?
Cochez la case lorsque vous pensez que la proposition est correcte.


caisse A

caisse B

Sa vitesse est constante.

Sa vitesse augmente.

Sa vitesse diminue.

(c) Comment décririez-vous le mouvement de chacune des deux caisses dans le référentiel
terrestre ?
Cochez la case lorsque vous pensez que la proposition est correcte.


caisse A

caisse B

Elle a un mouvement rectiligne uniforme.

Elle a un mouvement rectiligne non uniforme.

(d) Est-ce que les deux caisses ont la même vitesse dans le référentiel terrestre à un moment
donné ?

non

oui, au moment 2

oui, au moment 5

oui, à un moment de l'intervalle 3 à 4

(e) Justifiez votre réponse à la question (d) :
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................


But: Caisses sur tapis roulant

Le but de cet exercice est de vérifier si les élèves savent interpréter une chronophotographie.

Compétences testées dans cet exercice :
Dans tout l'exercice : Savoir utiliser une chronophotographie ou un mouvement enregistré.

Question a.
Connaître et utiliser la définition de la trajectoire.
Il s'agit ici de passer de la chronophotographie ou de la situation matérielle décrite en langue naturelle à la représentation graphique de la trajectoire.

Question b.
Connaître et utiliser la définition de la valeur de la vitesse d'un point.
Il s'agit de passer de la chronophotographie à la variation de la vitesse au cours du temps.

Question c.
Être capable de décrire le mouvement d’un point dans un référentiel donné en termes de direction, sens et vitesse. Cas particulier des mouvements rectiligne, circulaire et uniforme.
Il s'agit de passer de la chronophotographie (ou de la représentation de la trajectoire et la description de la variation de vitesse dans le temps) à la description du mouvement avec les termes du modèle.

Questions d et e.
Connaître et utiliser la définition de la valeur de la vitesse d'un point.
Il s'agit d'utiliser la chronophotographie afin de voir si les deux mobiles ont la même vitesse à un instant.

Savoir: Caisses sur tapis roulant


Pour la question a, il est important de noter qu'une des différences entre la trajectoire et la chronophotographie est que la trajectoire ne donne aucune indication sur la vitesse. On voit dans cet exemple que deux objets peuvent avoir des mouvements différents et des trajectoires identiques.
La principale erreur qu'on peut attendre est justement que les élèves représentent des éléments non pertinents lors de la représentation de la trajectoire. Certains pourront ainsi représenter les différentes positions des caisses dans le temps, d'autres pourront même représenter les caisses.
Selon ce qui a été dit au moment de l'enseignement de la trajectoire, celle-ci pourra être ou non orientée.

Pour les questions b et c, on peut penser que le cas de la caisse B ne posera pas de problème. Une mauvaise interprétation de la chronophotographie peut mener les élèves à penser que la vitesse augmente.

Pour répondre aux questions d et e, il est nécessaire d'utiliser la chronophotographie pour étudier la vitesse des caisses.
La réponse "non" peut correspondre à un raisonnement (incorrect) du type "la caisse A accélère alors que la caisse B a une vitesse constante donc les caisses ne peuvent pas avoir la même vitesse". Si on obtient ce type de réponse on pourra proposer un exercice où une voiture roule à vitesse constante et se fait doubler par une voiture qui vient de démarrer.
Les réponses "oui au moment 2" et "oui au moment 5" (toujours incorrectes) correspondent à une confusion entre position et vitesse et une justification de type "les deux caisses ont la même vitesse car elles sont au même endroit".
La dernière proposition "oui à un moment de l'intervalle 3-4" est la réponse correcte attendue. Les élèves pourront indiquer que la vitesse moyenne est la même pour les deux caisses sur cet intervalle puisque la distance entre les positions 3 et 4 est la même pour les deux caisses et que l'intervalle de temps entre deux positions successives est constant. Les deux caisses ont donc parcouru la même distance dans le même intervalle de temps, elles ont donc la même vitesse moyenne. De plus, comme une des deux caisses a une vitesse constante et l'autre a une vitesse qui augmente, on peut en déduire qu'elles ont eu à un moment de l'intervalle la même vitesse instantanée. Ce dernier point n'est pas exigible par les élèves car il nécessite des notions mathématiques de continuité qui ne sont pas acquises à ce niveau. Cependant, l'enseignant pourra reprendre l'exemple de deux voitures et de la vitesse affichée au compteur (approximation de la vitesse instantanée) pour illustrer ce point.

Comportement des élèves: Caisses sur tapis roulant

Cet exercice n'a pas réellement posé de problème aux élèves.
Pour la question d, où l'on demande aux élèves si les deux caisses ont la même vitesse à un moment donné, 67% des élèves ont donné la bonne réponses, à savoir que les deux caisses ont la même vitesse à un moment de l'intervalle 3-4. Le raisonnement supposé pour répondre à cette question était le suivant :
pendant l'intervalle 3-4, les caisses ont parcouru la même distance pendant le même intervalle de temps puisque la distance qui sépare les positions 3 et 4 est la même pour les deux caisses.
Nous avons choisi ici un extrait qui permet de voir un autre raisonnement, suivi par une élève pour donner une réponse correcte. Ce raisonnement permet d'illustrer la façon dont les élèves utilisent un élément du cours pour répondre à des questions alors qu'on en attendait un autre.

Vidéo

Corrigé: Caisses sur tapis roulant

(a) Représenter la trajectoire de chacune des deux caisses dans le référentiel terrestre.
Les deux caisses ont pour trajectoire un segment de droite (car les points sont alignés ou car les caisses sont posées sur un tapis roulant rectiligne).
Pour chacune des deux caisses, la réponse attendue est donc ____________________

(b) Comment varie la vitesse de chacune des deux caisses dans le référentiel terrestre ?
Pour la caisse A, la vitesse augmente (car pour un même intervalle de temps, la distance parcourue par la caisse est de plus en plus grande) ; Pour la caisse B, la vitesse est constante (car pour un même intervalle de temps, la distance parcourue par la caisse est constante dans le temps).

(c) Comment décririez-vous le mouvement de chacune des deux caisses dans le référentiel terrestre ?
Pour la caisse A, le mouvement est rectiligne non uniforme (puisque sa vitesse augmente et que sa trajectoire est un segment de droite) ; Pour la caisse B, le mouvement est rectiligne uniforme(puisque sa vitesse est constante et que sa trajectoire est un segment de droite).

(d) Est-ce que les deux caisses ont la même vitesse dans le référentiel terrestre à un moment donné ?
Les deux caisses ont la même vitesse à un moment de l’intervalle 3 à 4.

(e) Justifiez votre réponse à la question (d) :
Pour un même intervalle de temps (0,2 secondes), la distance parcourue par chacune des caisses sur l’intervalle 3-4 est la même. Les deux caisses ont donc la même vitesse moyenne sur l’intervalle 3-4. Puisqu’une des deux vitesses est constante alors que l’autre augmente et que la vitesse instantanée est continue, on peut en déduire qu’à un moment de l’intervalle 3-4, la vitesse instantanée des deux caisses sera la même.

Exercice n° 2: Caisses sur tapis roulant

L'élève interviewée utilise une partie de son cours : "pour trouver la vitesse d'un point, il faut regarder la vitesse des points les plus proches" et utilise cette définition ici pour trouver la vitesse entre les points 3 et 4 pour chacune des caisses. Elle regarde ainsi les points 2 et 5 pour chacune des caisses.

(Double-cliquez sur la vidéo pour la lancer)

A : ben là euh pour euh la question d euh ben je pense que oui à un moment entre l’intervalle trois et quatre parce que si on prend l’intervalle enfin les les points qui sont plus proches des points 3 et 4 c’est les points 2 et 5 et quand on les regarde ben les deux caisses elles sont au même endroit au même moment donc euh si on regarde la vitesse euh des points 3 et 4 entre les points 2 et 5 ben je dirais qu’à un moment c’était les mêmes
I : hm hm

A : comme pour trouver la vitesse d’un d’un point faut regarder euh la vitesse des euh des points le plus proches ben c’est ce que j’ai fait et puis (silence)