ENSEIGNER
jeudi 21 septembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: L'air qui nous entoure
  -  _ (Anciens programmes)  -  Physique

Activité 3: Poussée et pression

 
On cherche à comparer les poussées que l'on doit exercer sur le piston d'une petite seringue et sur celui d'une grosse seringue pour atteindre la même pression.

On dispose de deux seringues, une grosse et une petite. Relier la petite seringue au pressiomètre. Pousser le piston jusqu'à ce que la pression de l'air dans la seringue soit de 1500 hPa.

a. Prévoir comment il faudrait pousser avec la grosse seringue pour avoir une pression de 1500 hPa.
A votre avis, il faudrait pousser :
O de la même façon O plus fort O moins fort.
Proposer une explication.

Comparer les poussées que vous exercez sur chacun des pistons en réalisant l'expérience.

b. Indiquer si vos prévisions sont confirmées.

c. A votre avis, qu'est-ce qui, au niveau des seringues, est responsable de cette différence de poussée sur chacun des pistons ?
O volume intérieur de la seringue O section de la seringue O longueur du volume intérieur

d. Proposer des expériences permettant d’éliminer deux des trois paramètres.
• Réalisez les expériences.
Conclure.

Lire le §2 du modèle macroscopique des gaz.

But: Poussée et pression

Le seul moyen de percevoir l’action d’un gaz sur une paroi est de maintenir immobile à la main cette paroi (ATTENTION, le physicien se ramène immédiatement à une situation d’équilibre et à la compensation des forces exercées sur le piston mais ceci est beaucoup moins évident pour l’élève). L’objectif de cette activité est la mise en évidence de l’écart entre pression (qui ne dépend pas de la surface d’après le modèle) et poussée que l’on ressent. Ceci doit conduire à la nécessaire prise en compte de la surface dans le concept de force pressante.

Corrigé: Poussée et pression

a. Il faut pousser plus fort sur la grosse seringue
c. Ceci est dû à la section de la seringue
d. Parmi les 3 paramètres proposés, les élèves doivent proposer des expériences pour lesquelles 2 paramètres sont fixés. On veillera donc à leur laisser à disposition des seringues de différentes sections et si possible avec des graduations permettant de repérer le volume. Remarquons que l’expérience avec deux seringues de même section mais avec des volumes d’air emprisonné différents permet d’éliminer à la fois la 1ère (volume) et la 2e (longueur) propositions.

Préparation: Poussée et pression

Chaque binôme doit disposer d’un pressiomètre et de 2 seringues de sections différentes (en les présentant seulement comme une grande et petite seringue). Lors de l’expérience, il peut être profitable de faire travailler les élèves à 4 pour pouvoir utiliser deux pressiomètres simultanément : chaque élève peut ainsi tenir une seringue dans chaque main en observant les indications des deux pressiomètres qui doivent s’ajuster, la comparaison des poussées étant alors beaucoup plus aisée.
Le § 2 du modèle doit être lu à la suite de cette activité et doit être vu comme une institutionnalisation des savoirs mis en jeu lors de cette activité.

Savoir: Poussée et pression

Il faudra expliquer aux élèves que la pression est non seulement liée au nombre de chocs sur une paroi donnée mais aussi pour une durée donnée. En effet, si on considère les chocs pour une durée deux fois plus grande (et la même paroi), il y en a deux fois plus, alors que la pression n’a pas changée.
En toute rigueur, deux paramètres concernant les chocs interviennent dans la valeur de la pression : le nombre de chocs mais aussi la force ou l’efficacité des chocs. Pour un nombre de chocs donné, la pression ne sera pas la même “ si la force des chocs est petite ” ou si “ elle est grande ”. Nous avons fait le choix de ne pas introduire cette distinction, par souci de simplicité. Il se peut néanmoins que certains élèves proposent de la faire. Le professeur pourra alors confirmer l’hypothèse de l’élève

Comportement des élèves: Poussée et pression

La situation proposée est un bon exemple d’une éventuelle opposition entre prévision et observation. Certains élèves pensent que l’effet d’une grosse seringue est plus important que celui d’une petite et qu’en conséquence " la force de la grosse seringue " est plus importante que celle de la petite. Il conviendrait donc de pousser moins fort avec la grosse pour atteindre la même pression. L’expérience doit déstabiliser ces élèves et renforcer leur besoin d’explication. Plus qu’une explication, le § 2 du modèle donne une description formelle et quantitative du lien entre pression et force pressante. Il faudra véritablement passer par le niveau microscopique pour obtenir une explication (activité 4).

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La vidéo 1 montre que l'élève Ad associe le fait que ce soit plus dur de pousser sur la grosse seringue, au fait qu'il y a plus d'air dans la seringue. Dans cette situation, il semblerait que pour les élèves, la différence de poussée soit liée au volume et non à la section du piston.
La vidéo 2 montre que pour l'élève A, la pression varie comme le volume.
Cette idée se rapproche de celle de la vidéo 1. Tout au long de cette activité, certains élèves auront tendance à s'appuyer sur le volume pour décrire ce qui se passe .

Vidéo 1 Vidéo 2

Activité n° 3: Poussée et pression
Poussée et pression


(Double-cliquez sur la vidéo pour la lancer)

M: Oh oh, regardez c'te pro
A: Alors
Toutes ensemble: Oooooooooh (rires)
A: Alors
M: On pousse plus fort avec la grosse
Ad: Ouais c'tait logique, mais moi j'ai pas compris dans ce sens, j'ai compris pour avoir la même pression
M: Voilà exactement, en fait on est un peu compliqué dans nôtre tête, j'crois
Ad: Vas-y moi j'ai compris, avoir 1500 pour les deux, donc il fallait pousser moins fort avec la grosse, car il y a plus d'air dans la grosse
M: Ouais ouais,
Ad: C'est quand même logique, on avait pas compris tout à fait la question

Activité n° 3: Poussée et pression


(Double-cliquez sur la vidéo pour la lancer)

A: bin c'est pasque regarde, regarde c'est logique, t'as un volume vachement plus important là que dans la petite, donc la pression est vachement plus grande dans la grande que dans la petite