Présentation de la progression
Première séquence : TP "Mouvement et forces"
Présentation
Fiche TP
Fiche scénario
Deuxième séquence : synthèse
Quatrième séquence : exercices
Somme des forces égale au vecteur nul : Principe d'inertie et définition du centre d'inertie G.
Somme des forces différente du vecteur nul : Modification du vecteur vitesse de G (direction et/ou module).
Exemple de la chute libre.
Compétences :
Faire un bilan de forces appliquées à un système donné.
Le principe d'inertie.
Déterminer les conditions pour que la vitesse du centre d'inertie d'un solide soit constante ou non dans le temps.
Que S 
ne régit que le mouvement de G.
Organisation des séquences :
1 - TP "Mouvement et forces"
2 - Séance en classe entière : synthèse du TP
- Définition du centre d'inertie
- Principe d'inertie
(S )
- Mouvement du centre
d'inertie d'un solide non pseudo-isolé (S 
)
- Mouvement d'ensemble et mouvement propre.
3 - Séance en modules : "Principe d'inertie"
4 - Séance d'exercices.
Compétence du programme visée :
Déterminer les conditions pour que la vitesse du centre d'inertie d'un solide soit constante ou non dans le temps.
Objectifs de l'enseignant :
- Mettre en évidence les préconceptions des élèves sur les forces et le mouvement, qui vont constituer un obstacle à la compréhension et à l'application du principe d'inertie, telles que :
- Les forces sont toujours dans le sens du mouvement (confusion force-vitesse).
- ...
1S TP physique
On considère un solide accroché à un dynamomètre disposé verticalement.
1ère situation : le solide est à l'équilibre
2ème situation : le solide monte à vitesse constante (grâce à l'opérateur qui tient le
dynamomètre)
3ème situation : le solide descend à vitesse constante.
4ème situation : le solide monte en accélérant
5ème situation : le solide descend en ralentissant.
Pour chaque situation, dire si l'indication du dynamomètre, qui représente la valeur de la force qu'il exerce sur le solide, est :
- égale au poids P = m*g du solide ;
- supérieure à P
- inférieure à P
- nulle.
Que peut-on dire dans chaque cas de la somme des forces qui s'exercent sur le solide (direction, sens,valeur) ?
2 - Expériences tests :
Matériel à disposition :
Dynamomètre, solide, fil, balance électronique, matériel vidéo.
Imaginer et réaliser une ou plusieurs expériences permettant de vérifier vos hypothèses.
3 - Résultats :
Vos résultats sont-ils en accord avec vos prévisions ?
Si non, réfléchir à nouveau aux différentes situations à la lumière des faits expérimentaux.
Si oui, essayer de généraliser à d'autres situations (solide en chute libre, palet sur sol rugueux tiré par un dynamomètre à vitesse constante, mouvement d'une goutte d'eau qui chute à vitesse constante dans une éprouvette d'huile...).
4 - Conclusion :
Peut-on déduire de cette étude
une condition pour que la vitesse d'un solide soit constante ou non dans
le temps ? Si oui, laquelle.
| Durée | Activité des élèves | Activité du professeur | Commentaires du professeur pendant et après le TP |
| 5' | Distribue la fiche TP et présente la séance | ||
| 10' | Emission d'hypothèses (par groupe) | Observe sans intervenir (sauf pour donner des précisions sur l'énoncé) | |
| 5' | Mise au point de l'expérience test (par groupe) | ||
| 5' | Reprise en main : synthèse des protocoles proposés | ||
| 10' | Expérience vidéo collective | Aide à la réalisation de l'expérience | |
| 30' | Etude de l'enregistrement correspondant à la situation choisie (1 groupe sur 4). Les autres groupes réalisent l'expérience directement (non filmée) ou exploitent un document préalablement obtenu par vidéo. | Aide matérielle, mais pas d'indication de résultats | |
| 10' | Modifications
éventuelles des représentations
Expériences complémentaires éventuelles |
Le professeur
aide les différents groupes à gèrer leur "conflit
cognitif"
entre hypothèses-résultats (validité des expériences ? validité du raisonnement ?) |
|
| 10' | Conclusion |
- Définition du centre d'inertie
- Principe d'inertie (S )
- Mouvement du centre d'inertie d'un
solide non pseudo-isolé (S )
- Mouvement d'ensemble et mouvement propre.
1 - Les mots ont un sens :
Au cours du TP et du cours précédent, nous avons employé un certain nombre de termes qui n'ont pas forcément la même signification en physique et dans le langage courant.
Recenser quelques uns de ces mots (ou expressions) et indiquer leur sens usuel et leur sens en physique.
(Exemple : solide isolé, principe, inertie, force).
2 - Analyse d'un énoncé d'exercice :
Un parachutiste et son équipement ont une masse m égale à 80 kg. Le parachutiste descend suivant une trajectoire verticale, à la vitesse V constante égale à 1,0 m.s-1.
Calculer la vitesse de descente d'un conteneur de masse m' égale à 120 kg largué avec le même parachute.
La force de résistance de l'air est proportionnelle au carré de la vitesse du parachute.
| A Aborder la situation : | |
| Souligner les
mots importants
Recenser les données Recenser les inconnues |
|
| B Organiser son action : | C Réaliser : |
| Recenser les
lois et relations necessaires :
principe d'inertie ; P = mg Faire l'inventaire des forces agissant sur chaque solide Utiliser le principe d'inertie : en déduire l'expression de la résistance de l'air dans chaque situation Utiliser l'hypothèse f = kv2 ; f'=kv'2 Exprimer littéralement v' en fonction de v, m' et m. Faire le calcul numérique en vérifiant que les unités sont compatibles Vérifier que l'ordre de grandeur du résultat est correct. |
|
| D Conclure : | |
|
|
1- Exercices visant à tester l'acquisition des compétences :
1er exercice : Faire un bilan de forces appliqué à un système donné.
L'élastique :
Un solide de masse m peut glisser sans frottement sur un plan incliné d'un angle a au dessus du plan horizontal. Il est maintenu en équilibre par un fil élastique tendu qui exerce sur lui une force dirigée suivant la ligne de plus grande pente.
Faire l'inventaire des forces qui s'exercent sur le solide. Les représenter
sur un schéma.
2ème exercice : Principe d'inertie.
Vrai ou faux :
1 - S
implique 
2 - Si 
,
c'est que S 
3 - Un objet est lancé verticalement vers le haut. La vitesse de son centre d'inertie s'annule à l'instant où il atteint son altitude maximale avant de retomber. L'objet est pseudo-isolé à cet instant.
4 - La somme des forces extérieures qui s'exercent sur une automobile qui se déplace à vitesse constante sur une route rectiligne est nulle.
3ème exercice : S 
ne régit que le mouvement de G
Q.C.M. :
1 - S
régit le mouvement :
a) de tout point d'un solide ;
b) du centre d'inertie d'un solide ;
c) d'un solide autour de son centre d'inertie ;
2 - On lance un mobile sur coussin d'air sur une table horizontale selon un mouvement quelconque :
a) La somme des forces qui s'exercent sur le mobile
au cours de son mouvement est nulle ;
b) Tous les points du mobile ont un mouvement rectiligne
uniforme ;
c) Tous les points du mobile décrivent une
trajectoire curviligne.
Le professeur propose 2 énoncés d'exercices, prenant en compte les différence de maîtrise des compétences préalablement testées. Les élèves sont répartis soit grâce au diagnostic préalable (première série d'exercices), soit par "orientation par essais" (les élèves choisissent librement l'énoncé qui leur semble le mieux adapté).
La situation proposée dans les 2 cas reprend le problème de l'élastique.
Premier énoncé : pour les élèves "autonomes".
Déterminer la valeur de la tension de l'élastique et de la réaction du support.
Données : a = 30 ° ; m = 250 g
Réponses : T = 1,25 N ; R = 2,17 N.
Deuxième énoncé : pour les élèves nécessitant un guidage plus grand.
1) Quelle relation vectorielle peut-on écrire entre les 3 forces qui s'exercent sur le solide ?
2) Projeter cette relation vectorielle sur un axe x'x colinéaire au fil. En déduire que la tension T du fil est donnée par la relation : T = mgsina . Calculer numériquement T.
3) Projeter la relation vectorielle sur un axe y'y orthogonal à x'x. En déduire la relation : R = mgcosa . Calculer numériquement R.