Force et mouvement

De nombreux travaux montrent que, les élèves tentent d’identifier les forces exercées sur un objet par l’étude de l’état de mouvement de cet objet. A propos de la mise en relation du mouvement et de la force, les recherches sur les conceptions peuvent être résumées dans les deux propositions suivantes : si un objet est immobile, aucune « force » n’agit sur lui, si un objet en mouvement, il existe une « force » qui agit sur lui, dans le sens du mouvement .

Les élèves souvent considèrent que chaque mouvement présuppose l’action d’une force, dans sa direction (Clement 1982, diSessa 1983, Osborn et al. 1983, Watts 1983, White 1983, Gustone 1984).

L. Viennot (1979, 1989, 1993, 1996) a montré qu’un mouvement devait avoir une cause compatible avec le sens de déplacement : si les forces d’interaction ne peuvent remplir cette fonction, il apparaît une force supplémentaire, le capital de force, attribuée à l’objet. Elle considère que, pour les élèves, la recherche d’une cause renvoie la réponse dans le passé, via l’idée de stockage (la capital force). Ce capital évolue avec le mouvement de l’objet et joue le rôle d’une provision susceptible de s’épuiser ; les élèves le nomment sous des « étiquettes » variées (force-élan-inertie-énergie potentielle ou cinétique-vitesse…).

Par exemple, une pierre lancée en l’air continue à monter alors que son moteur –le poids- lancée en l’air la faire descendre. Les étudiants introduisent une force supplémentaire (dont l’origine se trouve ici dans le geste du lanceur) transférée à l’objet et qui sert de moteur aussi longtemps qu’il est nécessaire d’expliquer la montée. Pourquoi faut-il trouver une cause au sens de déplacement si celui-ci n’est pas une propriété intrinsèque de l’objet ? Par ailleurs, comme la cause d’un mouvement est indépendante de l’observateur, on en déduit que son effet l’est aussi et en particulier le sens de déplacement.

L’objet étudié n’est pas en mouvement, les élèves considèrent qu’il n’y a pas de forces exercées sur l’objet en question (Mc Closkey 1983, Clement 1982, White 1983). Une autre conséquence de l’association faite entre les forces exercées sur un objet et son mouvement est que souvent les élèves ne cherchent pas à identifier une force quand ils ne « voient » pas son effet sur le mouvement. On peut interpréter cela en considérant que, pour les élèves, cela n’a aucun intérêt de rechercher une force s’il n’y a pas d’action (Minstrell, 1982). Ainsi les élèves ont tendance à ne pas prendre en compte les forces dont les effets s’annulent.