ENSEIGNER
jeudi 21 septembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Activité 3: Introduction de la vitesse comme vecteur, décomposition des vecteurs vitesse et force et applications des lois de la mécanique aux composantes.

 

On reprend l'activité 5 de la partie 1 : une balle est lancée à l'horizontale par un enfant immobile par rapport à la terre.

  1. Faire l'inventaire des forces qui s'exercent sur le système balle pendant le mouvement de chute. On néglige l'action de l'air sur la balle.
    Reprendre les conclusions de l'activité 5 de la partie 1 et les mettre en relation avec l'inventaire des forces que vous venez de faire.
  2. La balle est à présent lancée dans une direction quelconque par l'enfant immobile. Faire l'inventaire des forces qui s'exercent sur le système balle. Prévoir, en utilisant les résultats de la question 1, comment vont évoluer les composantes horizontale et verticale de la vitesse juste après qu'on l’ait lâchée.

But: Introduction de la vitesse comme vecteur, décomposition des vecteurs vitesse et force et applications des lois de la mécanique aux composantes.

Jusqu’à maintenant, la vitesse était réduite à sa valeur. Le programme propose d’analyser des mouvements enregistrés par vidéo ou des chronophotographies (mouvement des projectiles par exemple). Il est alors tentant d’introduire la vitesse horizontale et la vitesse verticale pour pouvoir appliquer les lois de la mécanique selon chacune de ces deux directions. Cette activité vise à faire utiliser les lois de la mécanique en mettant en œuvre cette décomposition. Au cours de l'activité 5 de la partie 1, l’élève a effectué une décomposition du mouvement du centre de la balle selon des axes horizontal et vertical et analysé les distances parcourues pendant des intervalles de temps égaux. Il dispose de ses conclusions qui vont maintenant être analysées en terme de lien entre variation de vitesse et force.

Corrigé: Introduction de la vitesse comme vecteur, décomposition des vecteurs vitesse et force et applications des lois de la mécanique aux composantes.

  1. Les forces qui s’exercent sur la balle sont la force exercée par la terre et la force exercée par l’air.
  2. La vitesse horizontale ne varie pas. La vitesse verticale varie.
  3. Selon la direction horizontale, il n’y a pas de force qui s’exerce sur la balle et la vitesse horizontale de la balle est constante : les énoncés A1 et A2 s’appliquent donc à la direction horizontale. Selon la direction verticale, il n’y a une force qui s’exerce sur la balle et la vitesse verticale de la balle varie : les énoncés B1 et B2 s’appliquent donc à la direction horizontale.
  4. Les forces qui s’exercent sur la balle sont les mêmes qu’à la question 1). L’application des lois de la mécanique selon chacune des directions permet de prévoir que :
      • la vitesse horizontale de la balle va rester constante ;
      • la vitesse verticale va varier.

Préparation: Introduction de la vitesse comme vecteur, décomposition des vecteurs vitesse et force et applications des lois de la mécanique aux composantes.

Penser à faire apporter par les élèves l’activité 5 de la partie 1.

Savoir: Introduction de la vitesse comme vecteur, décomposition des vecteurs vitesse et force et applications des lois de la mécanique aux composantes.

Dès qu’il veut interpréter finement une situation pour laquelle la somme des forces n’est pas colinéaire au vecteur vitesse d’un solide, le physicien représente la vitesse par un vecteur. Nous nous limitons ici à la chute d’un projectile et avons choisi de parler seulement de vitesse horizontale et de vitesse verticale, sans définir le vecteur vitesse car cette notion est complexe pour un élève de seconde et hors programme. Le prof peut définir ou faire proposer par ces élèves une définition des vitesses horizontale et verticale : – la vitesse horizontale est le quotient de la distance parcourue horizontalement et de la durée mise pour parcourir cette distance.

Comportement des élèves: Introduction de la vitesse comme vecteur, décomposition des vecteurs vitesse et force et applications des lois de la mécanique aux composantes.

L’exercice demandé est difficile ; on demande en effet à l’élève d’appliquer le principe d’inertie selon deux directions. Au cours de la prédiction, l’élève va également prendre conscience que l’évolution de la vitesse selon chacune des deux directions ne dépend pas de la vitesse initiale Si les élèves ne trouvent pas seuls, il est intéressant qu’une fois la solution donnée, ils prennent conscience de l’intérêt de cette démarche.