Conceptions en mécanique

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Conceptions en mcanique. Niveau collge, lyce, universit. Le mouvement et les forces. T = t 0 , lche la balle. T = t 0 +t la balle touche le sol. Rsultats (Mc Closkey, 1983). Etude auprs de lycens et dtudiants, filires scientifiques - PowerPoint PPT Presentation

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<ul><li><p>Conceptions en mcaniqueNiveau collge, lyce, universit</p></li><li><p>Le mouvement et les forcesT = t0, lche la balleT = t0+t la balle touche le sol</p></li><li><p>Rsultats (Mc Closkey, 1983)Etude auprs de lycens et dtudiants, filires scientifiques45% savaient quelle continue davancer pendant sa chute49% pensaient quelle tombait la verticale laplomb de lendroit o on la lche6% croyaient que la balle reculait en tombantimptus</p></li><li><p>Les premires thories: AristoteAristote (4 sicles avant JC)Les mouvements inanims ont deux types de mouvementle mouvement naturel: les corps lourds se dirigent vers le centre de la Terre, les corps lgers se dirigent vers le haut.Le mouvement violent:Pb: pourquoi un objet lanc continue son mouvement?</p></li><li><p>LimpetusAvicenne (XIime sicle)</p><p>Un projectile se dplace en ligne droite dans la direction imprime au dpart jusqu ce que limpetus initialement transmis soit entirement dpens; le projectile marque alors un temps darrt, puis son poids naturel lui fournit un impetus vertical qui le fait tomber droit vers le sol. </p></li><li><p>Les influences externesJean Buridan (Xime sicle)Quand une personne met un corps en mouvement, elle lui communique un certain impetus, cest dire une certaine force le rendant capable de se dplacer dans la direction o la personne la engag: vers le haut, le bas, sur le ct ou bien en cercle. Cest grce cet imptus quune pierre continue se mouvoir aprs que le lanceur a cess de laccompagner.</p></li><li><p>Galile, De Motu (1590)Pour quun corps pesant puisse se mouvoir vers le haut sous leffet dune force, il faut lui communiquer une force suprieure son poids rsistant; dans le cas contraire, le poids rsistant ne pourrait tre surpass et le corps ne pourrait aller vers le haut. En rsum un corps ne peut monter que si la force motrice impose est suprieure au poids rsistant. Mais comme cette force, nous lavons montr, est constamment affaiblie, elle deviendra trop petite pour dpasser le poids du corps et ne pourra alors mouvoir le corps au del de ce point.Au-del, comme la force impose continue caractristiquement dcrotre, le poids du corps devient prdominant et par consquent, le corps commence tomber. Il reste que, au dbut de la descente, la force qui propulse le corps vers le haut est encore importante, ce qui lui confre de la lgret, bien que la force ne puisse contrebalancer le poids du corps. Pour cela, le poids essentiel du corps est diminu par de la lgret et par consquent, le mouvement est plus lent au dbut. De plus, comme la force externe continue diminuer, le poids du corps, combattu par une rsistance en voie de diminution, augmente et le corps se dplace de plus en plus vite.Cest ce que je considre la vritable cause de lacclration du mouvement </p></li><li><p>Les lois de la mcaniqueXVII ime sicle : premire formulation du principe dinertie par Descartesen labsence de forces, un corps au repos reste au repos, un corps ayant dj une vitesse continue sa marche en ligne droite et sa vitesse ni varie ni en direction, ni en sens, ni en valeur 1687: Newton publie les Principia Mathematica (le premier = principe dinertie)</p></li><li><p>Les conceptions sont tenacesTest avec tudiants, lycens</p><p>51% tracent une trajectoire post-rupture correcte30% pensent que le mouvement circulaire persiste et que la trajectoire est courbe19% donnent dautres rponses incorrectes </p><p>On fait tourner une balle au bout dun fil. On la lche. </p></li><li><p>En mcanique: la forceLa force nest pas vue comme une grandeur caractrisant une interaction mais caractrise plutt lobjet</p><p>La force de la masse vers le haut, la masse a de la force vers le haut, sans a comment tiendrait-elle en lair en haut de la trajectoire ? (Viennot, 1989)</p><p>Ce nest pas la force sur lobjet mais de lobjet</p></li><li><p>Force et mouvementSi un objet est en mouvement, il existe une force qui agit sur lui (ou il a une force), dans le sens du mouvement. Reprsentation graphique de la force-lan-imptus une vitesse constante correspond une force constante la vitesse est proportionnelle la forceLacclration est due laugmentation de la force</p></li><li><p>Un autre exempleUne pice de monnaie est lance partir d'un point A en ligne droite dans l'air et rattrape un point E. Sur la ligne de gauche du dessin, tracer une ou plusieurs flches montrant la direction de chaque force qui agit sur la pice quand elle est au point B (trace des flche plus longues pour des forces plus grandes) J. Clement (cit par L. McDermott ou voir American Journal of Physics (1982, 50, 66 - 71).</p><p>Rponse typique:Quand la pice monte, la "force de la main" diminue mesure qu'elle fait dplacer la pice. Quand la pice de monnaie monte cette force doit tre plus grande que FG , sinon la pice descendrait.</p><p>AEB</p></li><li><p>ConceptionSi dans la question le mouvement est observ ou prsent sous forme d'un diagramme (directement accessible) deux cas se prsentent :il y a compatibilit entre force et vitesse (force et vitesse de mme sens ou les deux nulles), alors l'tudiant rpond correctement (la force agit sur la masse);il n'y a pas compatibilit, alors l'lve propose une "force de la masse" (et non agissant sur), elle est alors proportionnelle la vitesse (L. Viennot : "capital force").</p><p>Ce capital force est tiquet de faons trs diverses : force-lan-inertie-nergie. Il est la cause du mouvement, stock dans lobjet en mouvement, et suse en mme temps que son effet (le mouvement).</p></li><li><p>Changement conceptuel - Dykstra (1992)Sens communMouvementReposPrincipe dinertieMouvement rectiligne uniformeMouvement acclrChangement des catgoriesde base pour interprterle mouvement</p></li><li><p>Intrt des conceptionsCest une recontruction du chercheurCest un outil danalyse statistique des erreurs des lvesIl ne sagit pas de prvoir des rponses prcises pour un lve donnCest souvent travers leurs conceptions que les lves interprtent les situations proposes par lenseignant.</p></li><li><p>Conceptions en lectrocintiqueNiveau collge, lyce, universit</p></li><li><p>Exemple de situationAB</p></li><li><p>Questions adresses aux lvesLaquelle des deux ampoules A et B brillera le plus? Ou brilleront-elles pareil?Expliquez votre rponse</p></li><li><p>Une autre situation15432</p></li><li><p>Analyse des rponses (15 ans)</p></li><li><p>Interprtation du didacticienJL Closset : Tout se passe comme si la pile constituait une rserve de quelque chose de matriel (nomme : courant, lectricit, lectrons) qu'elle fournit au circuit dbit constant. Le raisonnement se fait en terme d'une notion unique le "courant" qui est fourni par la pile et qui se dplace dans le circuit sans influence de l'aval sur l'amont</p></li><li><p>Explications des lvesCausalit linaireLa pile (cause) :- donne de l'lectricit"; ce dbit est une caractristique de la pile;- est use aprs un certain temps.L'ampoule (effet) :- utilise l'"lectricit", ou encore consomme cette "lectricit";- donne de la lumire;- peut chauffer (dans certains cas).Le "courant" (mdiateur):- se dplace partir de la pile vers l'ampoule.</p><p>L'interprtation et la prdiction sont bases sur une relation causale lie l'action d'allumer </p></li><li><p>Savoir physique / de llvepour llve: la pile est un rservoir de courant, qui donne du courant lampoule, elle-mme consommatrice de courant. </p><p>pour le physicien:la pile est un rservoir dnergie, caractris par une potentialit et une tension, qui fournit de lnergie sous forme de courant de charges une ampoule qui est un transformateur dnergie se laissant traverser plus ou moins facilement par le courant du fait de sa caractristique nomme rsistance </p></li><li><p>Principales conceptionsLes concepts de courant, d'nergie, d'lectricit et de tension sont utiliss de manire interchangeable. </p><p> la sortie d'un composant du circuit, la quantit de courant est moindre qu' lentre (modle d'usure).</p><p>le courant lectrique = le voyage de quelque chose (lectrons par exemple) le long du circuit; cette entit mal dfinie, au cours de son voyage, subit une srie d'aventures locales et sans rtroaction de l'aval sur l'amont (raisonnement squentiel). </p><p>Le gnrateur est la source du courant. Le reste du circuit est au dpart vide de lentit qui y circulera. </p><p>Pour un gnrateur donn, le courant qui en sort est toujours le mme peu importent les composants du circuit (raisonnement en courant constant).</p></li><li><p>rcapitulatif</p></li><li><p>Conceptions sur les ombres et la lumireNiveau Primaire et plus</p></li><li><p>Exemple de situation</p></li><li><p>Rponses dlvesCP: les lves ne choisissent que la forme identiquePeu peu, les autres formes (sauf 0) sont choisies, avec une prfrence pour les formes conservant la proprit parallle</p><p>la forme de lombre doit conserver la forme de lobjet initial</p></li><li><p>Interprtation: causalit formellelombre est rifie, indformable, elle est identique lobjet qui la cre</p></li><li><p>Les 4 causalits dAristotela causalit efficienteUtilise quand on peut mettre en jeu une explication qui a deux proprits essentielles:elle sexerce tant que leffet a lieu. elle sexerce toujours au contact de deux objets et produit des effets l o elle sexerce. Elle est souvent utilise quand il y a un changement brusque: allumage ou extinction dune ampoule, mise en mouvement dun objet immobile. </p><p>Exemple: Cest parce que je pousse le landau quil avance, il sarrte quand je ne pousse plus.</p></li><li><p>Les 4 causalits dAristotela causalit formelleelle permet dexpliquer en quoi la matire peut induire la forme des objets qui en seraient constitus et issus</p><p>Exemple 1: il est normal que la descendance dun animal prsente les mmes caractristiques que ses gniteurs. Exemple2: les dimensions de lombre sont identiques celles de lobjet (cf dessin denfant CP-CM2).</p></li><li><p>Les 4 causalits dAristotela causalit finaleselon Aristote, la cause signifie la fin Elle est utilise lorsque lexistence dun objet est justifie de par sa fonction prsente ou future. Elle est souvent utilise avec la causalit formelle. Exemple: la bouteille thermos garde la chaleur parce quelle est faite pour a.</p></li><li><p>Les 4 causalits dAristotela causalit matriellele comportement dun objet est li son essence, la nature des matriaux qui le constituent. </p><p>Exemples: un bonbon na pas dombre, car on le mangela terre na pas dombre car elle est trop grandequand un homme marche au soleil il a une ombre, la moto na pas dombre car elle va trop viteloiseau na pas dombre car il nest pas deboutla lune na pas dombre parce quelle est jaunetre chaud est une proprit de la laine, tre froid est une proprit du fer.</p></li></ul>