Mouvement et interactionsPrésentation :La mécanique est un domaine très riche du point de vue de l’observation et de l’expérience, mais aussi du point de vue conceptuel et méthodologique. Elle permet d’illustrer de façon pertinente la démarche de modélisation. Deux caractéristiques inhérentes à l’apprentissage de la mécanique méritent d’être soulignées :
- d’une part l’omniprésence des situations de mouvement qui a permis d’ancrer chez les élèves des raisonnements spontanés, souvent opératoires mais erronés et donc à déconstruire ;
? - d’autre part la nécessaire maîtrise de savoirs et savoir-faire d’ordre mathématique qui conditionne l’accès aux finalités et concepts propres à la mécanique.
Ce thème prépare la mise en place du principe fondamental de la dynamique ; il s’agit en effet de construire un lien précis entre force appliquée et variation de la vitesse. Si la rédaction du programme est volontairement centrée sur les notions et méthodes, les
contextes d'étude ou d’application sont nombreux et variés : transports, aéronautique, exploration spatiale, biophysique, sport, géophysique, planétologie, astrophysique ou encore histoire des sciences.
Lors des activités expérimentales, il est possible d’utiliser les outils courants de captation et de traitement d'images mais également les capteurs présents dans les smartphones. L'activité de simulation peut également être mise à profit pour étudier un système en
mouvement, ce qui fournit l’occasion de développer des capacités de programmation.
Au-delà des finalités propres à la mécanique, ce domaine permet d'aborder l'évolution temporelle des systèmes, quels qu'ils soient. Ainsi, la mise en place des bilans est-elle un objectif important d’une formation pour et par la physique-chimie, en ce qu'elle construit des compétences directement réutilisables dans d’autres disciplines (économie, écologie, etc.).
Notions étudiées au collège :Vitesse (direction, sens, valeur), mouvements uniformes, rectilignes, circulaires, relativité des
mouvements, interactions, forces, expression scalaire de la loi de gravitation universelle,
force de pesanteur.
Décrire un mouvement
| Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
|---|
| Savoirs :Système.
Échelles caractéristiques d’un système.
Référentiel et relativité du mouvement.
Description du mouvement d’un système par celui d’un point.
Position. Trajectoire d’un point.
Vecteur déplacement d’un point.
Vecteur vitesse moyenne d'un point.
Vecteur vitesse d’un point.
Mouvement rectiligne. | Savoir-faireIdentifier les échelles temporelles et spatiales pertinentes de description d’un mouvement.
Choisir un référentiel pour décrire le mouvement d’un système.
Expliquer, dans le cas de la translation, l’influence du choix du référentiel sur la description du mouvement d’un système.
Décrire le mouvement d’un système par celui d’un point et caractériser cette modélisation en termes de perte d’informations.
Caractériser différentes trajectoires.
Capacité numérique : représenter les positions successives d’un système modélisé par un point lors d’une évolution unidimensionnelle ou bidimensionnelle à l’aide d’un langage de programmation.
Définir le vecteur vitesse moyenne d’un point.
Approcher le vecteur vitesse d'un point à l’aide du vecteur
déplacement vecteur MM ' , où M et M’ sont les positions
successives à des instants voisins séparés de delta t ; le
représenter.
Caractériser un mouvement rectiligne uniforme ou non
uniforme.
Réaliser et/ou exploiter une vidéo ou une
chronophotographie d’un système en mouvement et
représenter des vecteurs vitesse ; décrire la variation du
vecteur vitesse.
Capacité numérique : représenter des vecteurs vitesse
d’un système modélisé par un point lors d’un mouvement
à l’aide d’un langage de programmation.
Capacités mathématiques : représenter des vecteurs.
Utiliser des grandeurs algébriques. |
Modéliser une action sur un système
| Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
|---|
| Savoirs :Modélisation d’une action par une force.
Principe des actions réciproques (troisième loi de Newton).
Caractéristiques d’une force.
Exemples de forces :
- force d’interaction gravitationnelle ;
- poids ;
- force exercée par un support et par un fil. | Savoir-faireModéliser l’action d'un système extérieur sur le système .
étudié par une force. Représenter une force par un vecteur ayant une norme, une direction, un sens.
Exploiter le principe des actions réciproques.
Distinguer actions à distance et actions de contact.
Identifier les actions modélisées par des forces dont les
expressions mathématiques sont connues a priori.
Utiliser l’expression vectorielle de la force d’interaction
gravitationnelle.
Utiliser l’expression vectorielle du poids d’un objet, approché par la force d’interaction gravitationnelle s’exerçant sur cet objet à la surface d’une planète.
Représenter qualitativement la force modélisant l’action d’un support dans des cas simples relevant de la statique. |
Principe d’inertie
| Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
|---|
| Savoirs :Modèle du point matériel.
Principe d’inertie.
Cas de situations d'immobilité et de mouvements rectilignes uniformes.
Cas de la chute libre à une dimension. | Savoir-faireExploiter le principe d’inertie ou sa contraposée pour en déduire des informations soit sur la nature du mouvement d’un système modélisé par un point matériel, soit sur les forces.
Relier la variation entre deux instants voisins du vecteur vitesse d’un système modélisé par un point matériel à l’existence d’actions extérieures modélisées par des forces dont la somme est non nulle, en particulier dans le cas d’un mouvement de chute libre à une dimension (avec ou sans vitesse initiale). |