4.3.3. Modèle des « Lois de la mécanique »

Le physicien Pérès (1953) présentait ainsi le lien entre forces et mouvement :

‘« ....l’expérience la plus courante nous amène d’autre part à concevoir le lien entre les mouvements et les efforts, ou force, qui agissent sur les corps mobiles. Le but de la Mécanique est de préciser cette conception vague, d’établir, pour représenter les forces en jeu dans un système matériel, des schémas convenables, et d’obtenir enfin des relations mathématiques permettant de traiter les deux problèmes complémentaires suivants :
a) Connaissant le mouvement d’un système matériel, analyser les forces qui sont en jeu ;
b) Connaissant les forces prévoir le mouvement du système.
C’est le second problème, plus difficile et plus important, qui nous occupera essentiellement dans la suite. » (p.1)’

Le modèle proposé aux élèves propose en premier les lois de la mécanique. Ces lois permettent de faire le lien entre le modèle du mouvement et le modèle « Interactions et forces ». Elles sont composées de quatre lois adaptées du principe d’inertie.

La loi A2 est celle qui se rapproche la plus de celle présentée dans le programme. On voit cependant que certains aspects de formulation diffèrent. Les auteurs ont préféré reprendre les termes employés dans le modèle du mouvement (immobile et rectiligne uniforme) et les reformuler en termes de direction et vitesse.

Trois lois ont été ajoutées (A1, B1 et B2). L’ensemble des quatre lois permet de passer de la description du mouvement (immobile ou rectiligne uniforme / autre) aux forces (se compensent / ne se compensent pas) mais aussi des forces à la description du mouvement. Cela reprend la difficulté soulevé par Pérès (cf. page précédente).

Conformément à la remarque faite dans le modèle du mouvement, vitesse et direction ne sont pas de même nature. Pour faciliter la compréhension des élèves, peut-être serait-il préférable de distinguer les verbes qui caractérisent la variation de la vitesse et de la direction. On pourrait par exemple avoir pour A1 :

Si un système est immobile ou s'il est en mouvement rectiligne uniforme (c'est-à-dire si sa vitesse ne varie pas et sa direction ne change pas ), alors les forces qui s'exercent sur le système se compensent.

Le modèle présente ensuite un bref point sur l’influence de la masse :

Une même action exercée sur deux objets de masses différentes n'a pas le même effet sur le mouvement des objets : l'effet est plus important pour l'objet le plus léger.

Nous n’avons posé aucune question sur ce point. En effet, l’accent dans cette séquence n’est pas mis sur l’influence de la masse mais plutôt sur l’utilisation des lois qui permettent de passer du mouvement aux forces.

Les auteurs ont souhaité rajouter une partie nommée modèle des frottements. Ce modèle permet aux élèves d’avoir un outil pour comprendre comment les forces peuvent se compenser dans le cas d’un mobile tiré ou poussé en mouvement rectiligne uniforme sur un support. Il permet aussi aux élèves de comprendre comment orienter la force exercée par un fluide sur un objet en mouvement dans ce fluide.

Ce modèle trouve donc sa place à la suite des lois de la mécanique puisqu’ils est justifié par le mouvement mais correspond aussi à un outil qui permet d’identifier les forces et se rapproche en ce sens du modèle « Interactions et forces ».

Nous considérerons les notions abordées dans ce chapitre comme des outils théoriques pour passer du mouvement (chapitre 1) aux forces (chapitre 2).

Figure 6‑11. Analyse des lois de la mécanique.

Ce schéma met en évidence les notions abordées dans les parties 1 et 2 qui sont reprises dans la partie 3. Les lois de la mécanique permettent de relier les changements de direction et les variations du module de la vitesse du mouvement à la compensation (ou la non-compensation) de l’ensemble des forces qui s’exercent sur un système.