Quantité de mouvement

|Thème : COMPRENDRE, Lois et modèles ; Temps, mouvement et évolution |
|Type de ressources : texte |
|Notions et contenus : Conservation de la quantité de mouvement d'un |
|système isolé. |
|Compétence travaillée ou évaluée : |
| |
|Définir la quantité de mouvement [pic] d'un point matériel. |
|Mettre en ?uvre une démarche expérimentale pour interpréter un mode de |
|propulsion par réaction à l'aide d'un bilan qualitatif de quantité de |
|mouvement. |
| |
|Compétences générales |
| |
|Emettre des hypothèses sur des évènements |
|Emettre des prévisions sur l'évolution de grandeurs identifiées |
|Remédier |
|Mettre en cohérence ce que l'on observe et ce que l'on mesure |
|Mettre en relation les grandeurs |
|Choisir un modèle |
|choisir parmi les modèles apportés (élèves et professeur) |
|établir une ou des relations à partir des mesures |
|Résumé |
| |
|A partir de situations phénoménologiques (tir de fusil, collisions de |
|véhicules, rencontre de chariots sur rails, propulsion de chariots), |
|l'objectif est de faire émerger le concept d'une nouvelle grandeur |
|conservatrice par une approche qualitative puis quantitative permettant |
|d'aboutir à l'établissement d'un modèle physique algébrique puis |
|vectoriel. |
|Nature de l'activité : activité classe entière ou TP, démarche |
|expérimentale |
|Mots clés : quantité de mouvement, collision, chariots, vitesse, masse, |
|Académie où a été produite la ressource : |
|http://www.pedagogie.ac-nantes.fr |
Sciences Physiques et Chimiques COMPRENDRE, Lois et modèles ; Temps, mouvement et évolution
Table des matières 1. Liste du matériel et réalisation
2. Données nécessaires liées au phénomène
2.A. Histoire d'une approche didactique
2.B. Pré requis et données à fournir aux élèves
3. Une situation déclenchante et un travail possible
3.A. Une situation déclenchante possible
3.B. Un travail attendu possible
3.C. Une continuité formative possible
4. Commentaires de l'enseignant sur les objectifs et le déroulement de la
séquence
5. Fiche de quelques résultats 1. Liste du matériel et réalisation - 2 wagonnets « maison »
- quelques masses de 50 à 200 g
- possibilité du banc à air (Jeulin) + mobiles Wagonnet
construit : On peut améliorer la trajectoire des wagonnets en disposant des rails ou
bien d'un fil de pêche placés sous l'ensemble pour assurer un guide
Webographie Pour interpeller ! Découvrez le JetLev ou Flyboard : propulsion d'un homme par jet d'eau
www.youtube.com/watch?v=ChDZwVHCAFg
Pour développer sur une situation complexe scientifique
- Ariane 5 au décollage vol 164. vidéo « decolson »
http://eduscol.education.fr/orbito/pedago/meca/meca0.htm Pour généraliser et finaliser les interprétations de cette grandeur p
- Toutes les manipulations sur la conservation de la quantité de
mouvement filmées et expliquées sur un banc à coussin d'air
http://www.fundp.ac.be/sciences/physique/udp/videos/quantite-
mouvement.html
2. Données nécessaires liées au phénomène 2.A. Histoire d'une approche didactique un article du BuP, UdPPC N° 716 année 1989 Mots clés : approche phénoménologique, émergence des représentations, mise
en place d'un modèle, recherche d'un invariant, démarche didactique basée
sur une approche socioconstructiviste, démarche d'investigation La stratégie didactique choisie est de faire émerger le concept d'un
nouvel invariant. Dans un premier temps, la situation déclenchante permet
de montrer qu'une approche par la seule notion des forces mises en jeu est
insuffisante et parfois erronée. Il y a donc nécessité d'élaborer un
nouveau modèle. Les moyens mis en ?uvre pour atteindre cet objectif s'appuient sur 4
situations prototypées, reproductibles en classe. Ces 4 situations, simples
et réalistes permettent de cerner le problème et de s'affranchir de
paramètres qu'une situation réelle rendrait plus complexe. Ce choix est
délibéré. De plus les manipulations en temps direct permettent une réelle
appropriation par les élèves. L'objectif majeur est de faire découvrir une nouvelle grandeur et sa
conservation. Il faut créer la nécessité d'apporter les données que les
élèves demandent : masse, vitesse initiale, vitesse finale des mobiles. Il
s'agit de faire construire aux élèves un modèle. 2.B. Pré requis et données à fournir aux élèves Pré requis : aucun Données à fournir : Selon la stratégie didactique envisagée : Les valeurs de certaines grandeurs mesurées pourront être fournies en cours
de séance :
- masse des mobiles
- vitesse initiale des mobiles
- vitesse finale des mobiles
Ou bien, on pourra fournir des fichiers vidéo permettant aux élèves de
déterminer la vitesse initiale de chaque mobile, ainsi que leur vitesse
finale par traitement à l'aide d'un logiciel de pointage.
3. Une situation déclenchante et un travail possible
Durée séance : 1h 30 à 2h (selon le nombre de phases d'étude mise en jeu)
3.A. Une situation déclenchante possible Durée estimée : 10' « Pourquoi la pièce d'artillerie recule t- elle lors d'un tir d'obus
? »
Autre Introduction
Découvrez le JetLev ou Flyboard
www.youtube.com/watch?v=ChDZwVHCAFg « Comment peut-il se déplacer au dessus de l'eau en modifiant son
trajectoire et son mouvement ?»
« Comment Ariane peut-elle continuer d'accélérer dans l'espace ? »
On pourra faire émerger par écrit quelques représentations, justes ou
erronées.
Les élèves évoquent quelques grandeurs intervenant dans l'évènement
(forces, vitesse, masse, énergies cinétique, action - réaction) Etude de 4 évènements possibles Hypothèse simplificatrice Pour l'ensemble des évènements, les frottements seront supposés
négligeables. Situations d'étude (situation prototypée observable et reproductible en
classe) Atelier 1 : un wagonnet W1 de masse m1, de vitesse v1, se déplace de gauche
à droite, rencontre un wagonnet W2 de masse m2 au repos et vide. Ils
s'accrochent ensemble sans déformation.
(Situation réelle complexe : balle de fusil dans un obstacle : collision) Atelier 2 : le wagonnet W1 de masse m1 et de vitesse v1 rencontre le
wagonnet W2 de masse m2 de vitesse v2 ayant le même sens de déplacement.
Ils s'accrochent ensemble sans déformation.
(Situation réelle complexe : collision élastique de véhicules) Atelier 3 : le wagonnet W1 de masse m1 et de vitesse v1 rentre en collision
avec le wagonnet W2 de masse m2 de vitesse v2. Ils s'accrochent ensemble
sans déformation.
(Situation réelle complexe : collision élastique de véhicules, collision
frontale de 2 véhicules) Atelier 4 : les 2 wagonnets de masse m1 et de masse m2 différentes sont
maintenus ensemble par la main puis lâchés. Ils se repoussent.
(Situation réelle complexe : on pourra ensuite extrapoler à la fusée,
propulsion) Remarque : l'ordre des ateliers à son importance. Les difficultés d'analyse
sont graduelles. 3.B. Un travail attendu possible Phase 1 : approche qualitative Durée estimée : 25' Objectif : évolution qualitative des grandeurs Consigne possible Pour chaque atelier précédent, prévoir :
- L'évolution de la vitesse de chaque wagon et justification
- Le sens du mouvement de chaque wagon ou de l'ensemble et justification Compétences travaillées . Emettre des hypothèses sur des évènements
. Emettre des prévisions sur l'évolution de grandeurs identifiées |Atelie|évolution de la vitesse de chaque |sens du mouvement de chaque |
|r |wagon ou de l'ensemble. Comparer |wagon ou de l'ensemble |
| |leur vitesse. | |
|Atelie| | |
|r 1 | | |
|Atelie| | |
|r 2 | | |
|Atelie| | |
|r 3 | | |
|Atelie| | |
|r 4 | | |
On pourra faire émerger la nécessité de connaître les valeurs numériques de
quelques grandeurs en amont et en aval de la rencontre des mobiles. Phase 2 : approche comparative et quantitative Durée estimée : 25' Objectif : émergence d'une relation entre les grandeurs Le professeur pourra amener progressivement un ajout d'informations
(apports de la valeur de me