ENSEIGNER
mercredi 22 novembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Activité 2: Introduction des lois de la mécanique et leur utilisation.

 

Réaliser les expériences correspondant aux situations 1 et 2 ci-dessous

Situation 1 : Maintenir immobile une balle sous l’eau.

 1 À l'aide du modèle des interactions :
- représenter le diagramme balle-interactions;
- faire l’inventaire des forces agissant sur le système balle en précisant la direction et le sens de chacune.
2 En utilisant le modèle des lois de la mécanique, que pouvez-vous dire des forces qui s'exercent sur la balle ?
3 Proposer une représentation de ces forces.

Situation 2: Maintenir la balle sous l’eau, puis retirer la main : la balle de ping-pong se met en mouvement verticalement vers le haut.
1 À l'aide du modèle des interactions, faire l’inventaire des forces agissant sur le système balle pendant la phase de montée. Préciser la direction et le sens de chacune de ces forces.
2 En utilisant le modèle des lois de la mécanique, que pouvez-vous dire des forces qui s'exercent sur la balle ?
3 Proposer une représentation de ces forces

 


But: Introduction des lois de la mécanique et leur utilisation.

L’introduction des lois de la mécanique a été préparée par l’activité du médecine-ball dans la partie II. Le professeur a conclu que les forces et la variation de vitesse du médecine-ball sont liées. Cette activité mettant en jeu deux situations successives (maintenir enfoncée dans l'eau une balle de ping-pong puis la lâcher ) vise à faire utiliser le modèle des lois de la mécanique par les élèves pour qu'ils puissent construire un sens au principe d'inertie. Dans le texte du modèle, la situation pierre-élastique sert d’exemple. Cette activité permet une nouvelle fois de mettre en évidence que pour interpréter une situation expérimentale il est inévitable de se référer aux modèles. L’élève va en effet devoir s’appuyer sur le modèle des interactions ainsi que sur celui des lois de la mécanique.

Corrigé: Introduction des lois de la mécanique et leur utilisation.

Situation 1

  1. Diagramme Balle – Interactions : La balle est immobile Les forces qui s’exercent sur le système balle sont : – la force exercée par la main de l’élève FM/B – la force exercée par la terre FT/B – la force exercée par l’eau FE/B.
  2. L’énoncé A1 permet de dire que les forces exercée s sur la balle se compensent.
  3. Sur le schéma, la somme des longueurs des vecteurs représentant les deux forces exercées vers le bas (FM/B et FT/B) doit être égale à la longueur du vecteur représentant la force exercée vers le haut (FE/B).
  4. Forces qui s'exercent sur la balle : Situation 2

  5. L’énoncé B1 du modèle permet de dire que les forces exercées sur le système balle ne se compensent pas.
  6. L’élève a lâché la balle, donc il n’exerce plus de force sur elle. Les forces qui s’exercent sur la balle sont uniquement FT/B et FE/B. Ces forces ne se compensent pas ; la balle effectue un mouvement vers le haut : la valeur de la force exercée par l’eau sur la balle est plus grande que la valeur de la force exercée par la terre sur la balle. Le vecteur représentant FE/B doit avoir un longueur plus grande que celui représentant FT/B. Remarque : le modèle dont les élèves disposent ne permet pas de dire que “ la valeur de la force exercée par l’eau sur la balle est plus grande que la valeur de la force exercée par la terre sur la balle ”. On compte ici sur l’intuition des élèves. La balle se met en mouvement vers le haut.

Préparation: Introduction des lois de la mécanique et leur utilisation.

Utiliser une balle qui flotte (de préférence une balle en caoutchouc car une balle de ping-pong remonte un peu trop rapidement à la surface de l’eau).

Savoir: Introduction des lois de la mécanique et leur utilisation.

Suivant le niveau des élèves, il est possible d’illustrer par des exemples le fait que les lois énoncées dans le modèle ne sont valides que si le mouvement est décrit dans un référentiel galiléen. Par exemple, si on étudie un objet “ immobile ” dans un train qui freine, selon le référentiel dans lequel on se place (train ou terrestre), on conclut que les forces se compensent ou non.

Comportement des élèves: Introduction des lois de la mécanique et leur utilisation.

L’expérience " balle de ping-pong dans l'eau " a été choisie car l’élève sent la force exercée par l’eau, mais il doit ensuite dépasser le stade de la perception et penser à l’action de la Terre. Certains élèves ont vraiment du mal à admettre que la terre agit aussi sur la balle lorsque celle-ci est dans l’eau. Un façon de leur faire admettre est de leur dire que la terre " ne sait pas " si la balle est dans l’eau ou non : elle exerce toujours une force sur la balle. L'expérimentation a montré qu'il était absolument nécessaire que les élèves puissent réaliser les expériences tout au long de cette activité. Certains ont besoin de la réaliser plusieurs fois. Contrairement au professeur qui globalise tout de suite la situation, l’élève va procéder par étapes et cela nécessite donc du temps. En présentant cette activité le professeur doit insister sur le choix du système balle. Pour la situation 2, nous avons fait le choix de laisser les élèves autonomes pour répondre aux questions ; nous n’imposons pas d’activités intermédiaires (diagramme balle-interaction et inventaire des forces). Le professeur pourra faire remarquer que, finalement, on ne peut faire l’économie de cette démarche pour interpréter une situation.