ENSEIGNER
jeudi 21 septembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Activité 4: Caractérisation des mouvements de différents objets

 

On étudie des chronophotographies ou des enregistrements de différents mouvements.

A partir du modèle, répondre aux questions suivantes pour chacun des enregistrements et chronophotographies proposés :

1) Choisir un point représentant l'objet
2) Indiquer si le mouvement de ce point est rectiligne, circulaire ou autre.
3) Le mouvement du point est-il uniforme ou non ? Justifier la réponse.
4) Comment évolue la vitesse du point au cours du temps ? Justifier.

Chronophotographie n°1

Chronophotographie n°2

Enregistrement n°3

Enregistrement n°4

1)    
2)    
3)    
4)    

5) Pour l'enregistrement n°3, calculer, la vitesse (en mm/s) du point en M3. Convertir en m/s.



Comportement des élèves: Caractérisation des mouvements de différents objets

Il n'est pas évident pour l'élève de considérer que si la distance est plus grande, le volant accélère.
Intuitivement par exemple dans la chronophotographie 1, pour l'élève la balle va plus vite dans la zone où la distance entre les positions successives de la balle sont petites.
Les élèves utilisent mal le mot "accélérer", par exemple ils disent "la vitesse accélère".

Vidéo 1

But: Caractérisation des mouvements de différents objets

Savoir utiliser des chronophotographies ou des enregistrements pour caractériser différents types de mouvements (mouvement circulaire uniforme, un rectiligne uniforme, un circulaire, un parabolique) (voir en particulier les commentaires sur le savoir à enseigner).
Savoir calculer la vitesse d’un point.

Corrigé: Caractérisation des mouvements de différents objets

Chronophotographie n°1

Chronophotographie n°2

Enregistrement n°3

Enregistrement n°4

1)Centre de la bouleCentre de la bouleCentre de gravité du triangleCentre de la bille
2)Mouvement rectiligne car la trajectoire est une droite.Mouvement autre car la trajectoire n’est ni une droite ni un cercle.Mouvement rectiligne car la trajectoire est une droite.Mouvement circulaire car la trajectoire est un cercle.
3)La direction entre deux positions successives change : le mouvement est non uniforme.La direction entre deux positions successives change : le mouvement est non uniforme.La direction entre deux positions successives ne change pas : le mouvement est uniformeLa direction entre deux positions successives ne change pas : le mouvement est uniforme
4)La distance entre deux positions successives augmente alors que l’intervalle de temps est constant : la vitesse augmente.La distance entre deux positions successives augmente alors que l’intervalle de temps est constant : la vitesse augmente.La vitesse est constanteLa vitesse est constante

5) v = M2M4/2t = 48/120.10–3 = 4,0.102 mm.s–1 = 0,40 m.s–1.

Savoir: Caractérisation des mouvements de différents objets

La chronophotographie est plus qu'une photo habituelle, pour des raisons bien différentes :
-on a choisi la "bonne position" de l'appareil de photographie pour accéder à la trajectoire ;
-on va demander à l'élève d’y faire figurer la trajectoire du point choisi.
De ce fait il est nécessaire d'expliquer à l'élève comment la photo a été prise et que la méthode de la chronophotographie est adaptée car l'objet se déplace dans un plan.
Une chronophotographie implique au préalable, sans que cela soit dit à l’élève, ni même que l’enseignant en soit conscient, une analyse du mouvement et de la prise de vues. Le mouvement a lieu dans un plan qui doit impérativement être un plan frontal pour l’instrument d’optique et l’image obtenue doit être homothétique de la situation réelle. Si le mouvement n’était pas plan , si ce plan n’était pas un plan frontal et si le grandissement n’était pas le même pour tous les points (conditions de Gauss non remplies), le document serait inexploitable.
Le fait de choisir un stroboscope va d’autre part inciter à faire intervenir des intervalles de temps constants alors qu’un caméscope par exemple ne l’aurait pas suggéré aussi fortement.
Le fait de faire figurer des axes (pour la première fois dans l’activité 5) et de représenter la trajectoire sur le document le situe dans le monde des théories et des modèles. Mais le fait de mesurer des distances sur ce document le situe pendant une étape de l’analyse dans le monde des objets. Superposer ainsi le monde des théories et des modèles à celui des objets et exploiter le document en lui faisant jouer des rôles aussi différents ne pose aucun problème au professeur, au contraire, cela l’aide à analyser la situation expérimentale. Ce n’est pas aussi simple pour l’élève qui, lui, doit d’abord apprendre à bien différencier ces deux mondes avant d’être capable de les superposer. Le professeur a intérêt à expliciter le passage de l’un à l’autre. Il est probable que l’on aiderait l’élève si on prenait le temps de lui expliquer l’analyse qui a précédé la prise de vue chronophotographique et si on ne lui laissait pas croire que tout allait de soi.
Cette réflexion concernant une chronophotographie est la conséquence de notre volonté de catégoriser en deux mondes.(à mettre en rouge)

Activité n° 4: Caractérisation des mouvements de différents objets

Rappelons que l'activité 4 est la première activité sur une chronophotographie. Cet extrait se situe lors de la correction en classe entière de la question 4 qui porte sur l'évolution de la vitesse au cours du temps à partir de la chronophotographie d'un volant de badminton. Cet extrait vidéo montre une variété de réponse des élèves. En particulier, les élèves expliquent sans se fonder sur les données (ici la chronophotoggraphie) (par exemple "elle est accéléré par la gravité"). Elle montre aussi que les élèves utilisent très facilement "la vitesse accélère". Cette expression est compréhensible dans le langage courant mais en physique n'est pas acceptable.

(Double-cliquez sur la vidéo pour la lancer)

Pr : dernière question sur la chronophotographie du volant du badminton indiquez comment évolue la vitesse du point matériel indiqué au cours du mouvement (?) (…) alors qu’est-ce que vous pensez de la vitesse (?) comment elle évolue (?) et pourquoi (?)
F : Comment elle évolue (?) Eh ben c’est par rapport au vent/
El 1 : La vitesse elle accélère
Pr : Alors une vitesse n'accélère pas Mohammed […] voilà
[...]
Plusieurs élèves : Augmente
Pr : voilà donc la vitesse augmente, oui et pourquoi ? Qu’est-ce qui le prouve ? […]
El 3 : Parce qu'elle descend
El 4 : Parce qu'elle est accélérée par la gravité
P : non mais ça c’est vous qui l’inventez, moi je le [la chronophotographie] regarde je sais pas ce que je sais cet objet je regarde ça […]
El 5 : Parce que les espaces y se
El 6 : Parce qu’il tombe du haut, c’est tout
El 5 : Parce que les espaces ils s’agrandissent
El 7 : Calculer la vitesse
P : Alors mais comment je le vois ? [...]
El 6 : Les, les intervalles entre 2 points successifs successives ils sont plus grands