Modèle 1 : Modèle du mouvement d’un objet

Le premier item de ce modèle est la représentation d’un objet par un point. En effet, en mécanique du point, dès qu’on parle de mouvement d’un objet, on s’intéresse en fait au mouvement de l’un de ses points. Ce premier item présente l’avantage de faire entrer l’élève directement dans un processus de modélisation de la réalité. A partir d’un mouvement observable, le physicien choisit de sélectionner certaines informations et d’en négliger d’autres.

Le deuxième item concerne la trajectoire de ce point. La trajectoire étant une courbe, c’est-à-dire un ensemble de points, on comprend la nécessité d’avoir introduit préalablement la représentation par un point. On retrouve la notion de position présentée en mécanique classique. Les auteurs introduisent aussi la notion de sens du mouvement, qui sera distingué plus loin de la direction du mouvement.

Le troisième item concerne la vitesse de ce point. La vitesse est introduite par le biais de la vitesse moyenne. Ramenée à la vitesse mise pour parcourir une très petite distance (approximation de la vitesse instantanée), ce sera un outil pour repérer les variations du module de la vitesse dans le temps.

Le quatrième item concerne la caractérisation du mouvement du point représentant un objet. Le modèle présente la liste des caractéristiques qui permettent en physique de décrire un mouvement. La direction n’est pas définie explicitement mais on donne aux élèves un critère pour savoir si la direction change : la direction ne change pas seulement si la trajectoire est une ligne droite et donc si le mouvement est rectiligne. Il est aussi précisé que pour un mouvement uniforme la vitesse ne varie pas. Le modèle permet donc de savoir que pour un mouvement rectiligne uniforme, ni la direction ni la vitesse varient.

Il est intéressant de noter que l’indépendance entre la variation de direction et la variation de vitesse telle qu’elle est présentée ici est une conséquence directe du fait qu’on n’utilise pas la vitesse au sens vectoriel. En effet, le vecteur vitesse contient à la fois les informations de vitesse et de direction. La vitesse devient alors le module du vecteur vitesse. Il s’agit d’une grandeur mesurable qui va varier de façon continue dans le temps. La direction devient l’axe sur lequel se déplace l’objet. Il ne s’agit pas d’une grandeur mesurable. Son changement peut se faire de manière « discontinue » (même si le terme n’est pas adapté puisqu’il ne s’agit pas d’une grandeur mesurable) : par exemple un virage à 90° (représentation de l’objet par le point implique changement brusque).

Le cinquième et dernier item concerne le référentiel. Ce point est essentiel dans le programme. Les auteurs ont décidé de le présenter en dernier dans le modèle du mouvement afin de définir préalablement ce qu’était le mouvement.

On peut donc organiser les éléments présents dans ce modèle en représentant les relations entre les différentes composantes du concept de mouvement :

Le concept de mouvement n’a de sens que si on regarde le mouvement d’un objet par rapport à un autre. En ce sens, la composante "référentiel" est essentielle. De plus, en physique, le mouvement d’un objet nécessite le choix d’un point pour représenter cet objet auquel on attribue la masse de l’objet dans la modélisation (notion de point matériel). La caractérisation du mouvement tient compte des informations (indépendantes) contenues dans la trajectoire et la vitesse.

Cette analyse nous permet de voir quelles sont les composantes du concept de mouvement et donc les éléments qui sont liés à la compréhension de ce concept fondamental par les élèves.