Chapitre 1 Savoirs en jeu dans un enseignement de mécanique

Dans ce chapitre nous présentons une analyse épistémologique succincte de la mécanique avant de présenter successivement les concepts de base de la mécanique.

Quelques repères épistémologiques de la mécanique classique

Nous étudions la mécanique classique qui est relative aux phénomènes qui se déroulent à l’échelle humaine et qui sont perçus à l’aide de nos cinq sens.

Nous allons préciser d’un point de vue didactique le sens des concepts à enseigner à travers une courte analyse historique et épistémologique. Cette analyse nous permet de justifier les choix faits pour élaborer le contenu de l’enseignement en particulier la théorie et les situations proposées aux élèves. Cette analyse nous conduit également à proposer les éléments de savoir qui vont servir de base à l’analyse de l’évolution des élèves.

Le savoir à enseigner porte sur les deux branches de la mécanique classique, cinématique et dynamique. Valentin (1983, p .25, 49) les définit ainsi : l’objet de la cinématique est de décrire les mouvements sans chercher à les interpréter, l’objet de dynamique est de trouver les causes des mouvements. La cinématique est purement descriptive, tout ce qui est causal est étranger à la cinématique et relève de la dynamique. Lorsqu’on veut expliquer et non plus seulement décrire le mouvement, il faut faire appel à la dynamique. Le point important ici est que la cinématique est comme modèle descriptif, totalement autonome par rapport à la dynamique, même si le choix de telle ou telle cinématique pour représenter le monde physique n’est pas, lui, indépendant de l’ensemble des lois de la physique, y compris dynamique (Saltiel, 1978). Comme l’a dit, Feynman (1979, p.55) « l’étude du mouvement est à la base de toute la physique ».

Quand nous regardons les contributions de scientifiques à la mécanique, la description du mouvement donnée par Galilée reste purement cinématique ; le mouvement y est caractérisé en termes de trajectoire, vitesse, accélération. Newton apporte une dynamique, c’est-à-dire une explication du pourquoi des mouvements des corps, grâce à l’introduction du concept de force qui relie les effets cinématiques aux causes qui les produisent (Balibar, 1984, p.68).