Questions to the experts
Mécanique et Cinétique
mouvement
Bonjour,
je prépare une séquence à destination de plusieurs classes de cycle 1 (MS/GS) sur "balles et rampes".
Les élèves seront amenés à explorer le comportement de balles posées sur des rampes inclinées en vue de construire des circuits de balles.
Concernant les connaissances niveau "enseignant", je vise ces formulations: la vitesse atteinte par une même balle varie comme l'inclinaison de la rampe, et sur des rampes identiques de même inclinaison, deux balles de masses différentes (deux balles lisses, pour limiter les frottements) ou de taille différente, atteindront la même vitesse. (on a bien v.v= 2gh?)
Cette notion de vitesse étant inadaptée pour les élèves (trop jeunes), je pensais caractériser la quantité de mouvement acquise par les balles en fin de rampe par la capacité à renverser un objet, et caractériser la vitesse en fin de rampe par la distance qu'elle peut parcourir sur le sol ou la capacité à remonter une pente située en fin de rampe. Cela est-il pertinent?
Je me suis dit que les élèves (comme les adultes) allaient sans doute utiliser le terme "élan": la balle prend de l'élan, la balle n'a pas assez d'élan... mais je ne parviens pas à définir le mot "élan", après recherche de définitions, je le vois parfois relié à la notion de force, parfois à la notion de mouvement. Ce terme "élan" a-t-il un sens en mécanique? Vaut-il mieux l'associer à une distance parcourue, une capacité à renverser un obstacle???
Enfin, encore une question: je m'attends à ce que les enfants pensent qu'une balle plus lourde aille plus loin qu'une balle légère (même taille). Un élève m'a déjà dit qu'il va plus vite dans le toboggan de la piscine avec son papa que seul..., un autre que la luge va plus vite quand elle est plus chargée...
Je suppose que c'est dû aux frottements. Mais comment l'expliquer aux élèves?
Oui Hélène a raison car il y a plein de facteurs qu'il faut prendre en compte et , à chaque fois que l'on fait des expériences il est indispensable de ne faire varier qu'un seul paramètre (ou facteur) à la fois. Il y a en plus de la masse, l'inclinaison, la longueur de la rampe, le frottement qui n'est pas facilement négligeable
La notion de quantité de mouvement n'est pas très accessible aux enfants
Le plus accessible est de prendre le même objet (ou deux objets identiques) et de faire varier l'iclinaison. Ainsi on voit ce qui se passe selon l'inclinaison
Bon courage
Bonjour à tous,
Il me semble que l'activité que vous proposez est très bien adaptée pour tenter de bien faire la différence entre la vitesse et la quantité de mouvement ainsi qu'entre la force de la pesanteur et la force qu'on exerce avec la main par exemple. Je vous suggère pour cela de commencer à faire travailler les enfants sur ces notions sans rampes ni plan incliné, simplement avec des balles, des ballons de gymnastique, des ballons en mousse et des billes sur le sol ou sur une table.
La quantité de mouvement est une expression et une notion théorique qui est enseignée bien plus tard (trop tard de mon point de vue) mais qui est pourtant dans la pratique assez accessible aux enfants qui jouent aux billes ou s'entrechoquent plus ou moins volontairement dans la cour de récréation avec d'autres enfants plus légers ou plus lourds plus rapides ou plus lents, sans parler des toboggans.
C'est bien la quantité de mouvement d'un corps qui est modifiée par l'action d'une force sur celui-ci. Dévier la trajectoire (ou accélérer) un objet plus massif requière plus de force. Les enfants s'en rendent très bien compte en faisant rouler des balles, des ballons de gymnastique ou des billes plus ou moins massives sur le sol (ou une table horizontale).
La confusion entre élan (vitesse initiale) et inertie (quantité de mouvement initiale) ou entre vitesse et quantité de mouvement vient souvent du fait qu'on donne souvent comme premier exemple de force la pesanteur (qui est justement proportionnelle à la masse et accélère donc plus "fort" les objets plus massifs).
Avant de faire sentir aux enfants que la pesanteur permet de faire atteindre une même vitesse à des objets plus ou moins massifs s'ils sont lâchés sur des pentes depuis la même hauteur, je vous suggère de leur faire sentir qu'il est plus dur de faire grimper (à la main) une balle massive en haut d'un plan incliné qu'une balle plus légère.
Le fait qu'une balle massive puisse renverser plus facilement des obstacles qu'une balle légère (même si elle est lancée moins vite) peut également être observée à l'horizontal avant d'être observé en lâchant les balles depuis la même hauteur.
Avant les plans inclinés pour travailler sur la notion de quantité de mouvement, vous pouvez aussi utiliser un pendule de Newton (voir par exemple https://fr.wikipedia.org/wiki/Pendule_de_Newton )
Amusez-vous bien.
Rebonjour,
En relisant ma réponse, je me suis rendu compte qu'une phrase n'était pas très claire: voici ce que je voulais dire : la force de pesanteur est proportionnelle à la masse, elle est donc d'autant plus forte que l'objet est massif. Or, pour l'accélérer ou dévier sa trajectoire, il faut également une force d'autant plus grande qu'il est massif, l'accélération induite par la pesanteur est finalement la même quelle que soit la masse de l'objet. Quand il s'agit d'accélérer "à la main" un objet, ou quand il s'agit de lutter "à la main" contre la pesanteur, on se rend bien compte qu'il faut une force d'autant plus grande que l'objet est massif.
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Bonjour
Les notions de vitesse, masse et mouvement sont complexes car, comme vous le mentionnez, les frottements entrent en ligne de compte en entraînant parfois des résultats qui ne correspondent pas à la théorie.
Dans toutes les démonstrations, il faut jouer sur les comparaisons et ne faire varier qu'un seul paramètre à chaque fois : masse, inclinaison, longueur de la rampe... En réalité, seule la hauteur depuis laquelle on lâche la balle importe dans la vitesse qu'elle aura à la fin. Mais c'est sans doute trop complexe pour le cycle 1. Pour "visualiser" la vitesse finale, attention au renversement des objets, car, pour le coup, une balle plus lourde aura plus d'énergie et sera capable, avec une même vitesse qu'une balle légère, de faire tomber un objet plus massif. Il vaut mieux partir sur un parcours au sol plus long, en vérifiant au préalable que les frottements impactent de manière identique les deux balles...
L'élan peut être vu comme une vitesse de départ non nulle. C'est bien visualisable avec des pendules ou des balançoires. Si un enfant est sur un balançoire, qu'on le tire vers l'arrière (donc vers le haut) et qu'on le lâche sans lui donner de vitesse, cela revient au même que de le pousser alors qu'il est "tout en bas", lorsque les cordes de la balançoire sont verticales. On peut faire l'expérience avec deux balles sur des rampes, l'une part de plus bas avec de "l'élan" (de la vitesse) et l'autre de plus haut mais sans vitesse.
Bon courage !