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Conceptions des élèves

Publié le Oct 23, 2019 Modifié le : Oct 24, 2019

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Le  Wednesday, October 23, 2019

Conception erronée sur l'immobilité

Les conceptions sont des modèles explicatifs, parfois erronés, qui permettent à chaque élève d’expliquer simplement son vécu quotidien. L’élève n’est pas « vide » de connaissance et l’enseignant doit « faire avec pour aller contre » (Giordan). Une conception très tenace concerne l'explication que peuvent donner les élèves d'une situation d'immobilité entre deux systèmes en interaction.

  • Lutteurs immobiles

     

     

    Une situation

     

    Pourquoi les lutteurs sont-ils immobiles lors de certaines prises ?

     

     

    Une conception des élèves

     

    « Les deux lutteurs fournissent des forces qui se compensent ; elles ne permettent pas leur mise en mouvement. Aucun d’eux ne recule ou n’avance. »

     Deux forces intro

     

    Une analyse de la conception

     

    Dans la conception erronée des élèves, les deux actions sont assimilées à une interaction en accord avec la troisième loi de Newton.

     

    Troisième loi de Newton : Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B.

    A et B étant deux corps en interaction, la force exercée par A sur B et la force exercée par B sur A qui modélisent l'interaction sont directement opposées :

     Troisième loi

     

    Ainsi, pour les deux lutteurs en interaction on peut représenter ces deux forces de la manière suivante :

     

    Deux forces

    lutteur rouge              lutteur bleu

     

    Cependant, pour prédire le mouvement d'un système à partir du bilan des forces exercées sur lui, il est nécessaire de bien définir ce système. L'étude du mouvement de l'un des deux personnages nécessite de s'intéresser au bilan des forces qui s'exercent sur lui exclusivement. Or, dans la troisième loi de Newton, les deux forces constituant une interaction ne s'appliquent pas sur le même système.

     

    Ce n’est donc pas la troisième loi de Newton qui permet d’expliquer l’immobilité des lutteurs mais la première loi de Newton.

     

    Première loi de Newton : si aucune force ne s'exerce sur un système (corps isolé), ou si la somme des forces (ou force résultante) s'exerçant sur lui est égale au vecteur nul (corps pseudo-isolé), le système est, soit immobile, soit en mouvement rectiligne uniforme (et réciproquement).

     

    Dans la première loi, on considère un seul des deux systèmes en interaction. Ainsi, pour deux sportifs en interaction, on va considérer un seul lutteur (par exemple le rouge) et on ne se soucie que des forces qui s’exercent sur lui (on ne se soucie pas des actions qui s’exercent sur l’autre système). Le bilan des forces exercées sur ce lutteur (modélisé comme un point matériel) est donc :

     

    Bilan des forces (1)

     

    Si le lutteur rouge est immobile c’est parce que la somme de ces quatre forces est nulle :

     

    Force1 compense  Force2et Force3 compense le poids.

     

    Le lutteur rouge pourrait être mis en mouvement par le lutteur bleu (qui resterait immobile) si la force exercée par le lutteur bleu sur le lutteur rouge  ne compensait plus la force exercée par le sol sur le lutteur rouge  (d’après la deuxième loi de Newton) ; et ce, alors que la force exercée par le lutteur rouge sur le lutteur bleu, serait toujours égale (en norme et en direction) et opposée (en sens) à la force exercée par le lutteur bleu sur le lutteur rouge (d’après la troisième loi de Newton) :

     

     Bilan des forces (2)

     

    Une étude similaire peut être réalisée sur le lutteur bleu, étudié en tant que nouveau système.

     

     

    Une aide au dépassement de la conception

     

    Utiliser un diagramme objet-interaction.