Les connaissances préalables conceptuelles

Au niveau du collège, d’après le programme officiel dans la rubrique de « mouvement et forces », les élèves ont suivi un enseignement de mécanique d’une durée d’environ 10 heures, Le but de cette rubrique est donné dans le programme comme « La rubrique ci-dessous n’a en rien les ambitions d’un cours de mécanique. Elle propose une première analyse de concepts (vitesse, force, poids, masse) qui permet d’élaborer une description rationnelle de l’évolution des objets constituant notre environnement » (Bulletin Officiel de l'Éducation Nationale, 1998, hors-série n°10).

Au niveau du lycée en classe de seconde, d’après le programme officiel (rubrique « mouvement et forces »), les élèves suivent un enseignement de mécanique (4 TP, 8 heures en classe entière). Le but de cette rubrique est donné dans le programme comme « cette partie est structurée autour de 3 notions qui s’articulent dans une progression logique: la relativité de tout mouvement : le mouvement d’un objet n’a de sens que par rapport à un autre objet pris comme corps de référence ; le principe d’inertie ; l’utilisation heuristique du principe d’inertie pour la mise en évidence de forces, et en particulier de la gravitation universelle. La relativité du mouvement s’établit simplement par l’analyse de divers exemples où le mouvement d’un objet est décrit par deux observateurs en mouvement l’un par rapport à l’autre. On montre ensuite sur des exemples concrets que l’exercice d’une force est susceptible de modifier le mouvement d’un corps, et l’on détaille les deux effets possibles : modification de la vitesse, modification de la trajectoire. Après avoir remarqué que l’absence de force ne signifie pas nécessairement absence de mouvement, on pose le principe d’inertie comme principe général » (Bulletin Officiel de l'Éducation Nationale, 1999, hors-série n°6). Le tableau 1 donne les notions essentielles à enseigner dans ces programmes.

Tableau 1 : Notions essentielles à enseigner dans les programmes officiels de 3ème et de 2nde
Classe de Troisième de Collège Contenus-Notions	Classe de Seconde de Lycée Contenus-Notions
Comment peut-on décrire le mouvement d’un objet ? Observation de différents types de mouvements (Reconnaître un mouvement accéléré, ralenti, uniforme.) Trajectoire, sens du mouvement (Être capable de calculer à partir de longueur et de durée une vitesse exprimée en mètre par seconde (m/s ou m.s- et en kilomètre par heure (km/h ou km.h-)) Représentations graphiques relatives au mouvement de véhicules : distance parcourue en fonction du temps, vitesse parcourue en fonction du temps, ( Savoir interpréter un graphique relatif au mouvement rectiligne d’un véhicule.) Pourquoi le mouvement d’un objet est-il modifié? Pourquoi un objet se déforme-t-il ? Action exercée sur un objet (par un autre objet), effets observés : modification du mouvement, déformation. (Identifier l’objet d’étude sur lequel l’action, distinguer les différents effets de l’action. Modélisation d’actions par des forces. ) Équilibre ou non équilibre d’un objet soumis à deux forces colinéaires. (Être capable d’utiliser la condition d’équilibre soumis à deux forces colinéaires. Relation entre poids et masse d’un objet (Distinguer masse et poids, connaître et savoir utiliser la relation de proportionnalité Distinguer masse et poids, connaître et savoir utiliser la relation de entre ces grandeurs en un lieu donné.	Relativité du mouvement (Décrire le mouvement d’un point référentiels différents) Principe d’inertie Effets d’une force sur le mouvement d’un corps. Rôle de la masse du corps (Savoir qu’une force s’exerçant sur un corps modifie la valeur de sa vitesse et/ou cette modification dépend de la masse du corps.) Enoncé du principe d’inertie pour un observateur terrestre : “tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent” (Enoncer le principe d’inertie Savoir qu’il est équivalent de dire : “un corps est soumis à des forces qui se compensent” et “un corps n’est soumis à aucune force”) La gravitation universelle L’interaction gravitationnelle entre deux corps. La pesanteur résulte de l’attraction terrestre. Comparaison du poids d’un même corps sur la Terre et sur la Lune. Trajectoire d’un projectile. Interprétation du mouvement de la Lune (ou d’un satellite) par extrapolation du mouvement d’un projectile. (Prévoir qualitativement comment est modifié le mouvement d’un projectile lorsqu’on modifie la direction du lancement ou la valeur de la vitesse initiale.

Ainsi les élèves devraient avoir des connaissances relatives

au concept de vitesse :
- la vitesse moyenne, la variation de la vitesse en utilisant les termes d’accélérer, ralentir, la vitesse constante, le repos de l’objet ;
- le calcul de vitesse moyenne,
- la représentation vectorielle de la vitesse ;

au concept de force :
- la représentation vectorielle de la force
- effet d’une force, rôle de la masse

aux relations entre force et variation de la vitesse: une force exercée sur l’objet modifie la valeur de sa vitesse et/ou la direction de son mouvement et le principe d’inertie : “tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent »

A partir de ces textes on peut dire que les élèves n’ont pas connaissances préalables sur le principe de « l’action et la réaction ». Ces textes nous donnent des indications mais pour les élèves qui ont suivi l’enseignement préparés par le groupe « Outils » dans la classe de seconde, il faut ajouter des connaissances relatives au « diagramme système-interactions », à la modélisation de l’action par une force et au principe de « l’action et la réaction ».