4.4. Analyse a priori de l’exercice

Cet exercice ne propose donc pas de situation matérielle. Tout se passe dans le monde de la théorie et du modèle. La première partie correspond à l’analyse de quatre mouvements en termes de variation de vitesse et de changement de direction (suite à la remarque que nous avons faite quant à la formulation du modèle, il faudrait modifier dans notre exercice les verbes employés). Cette question a deux fonctions :

• sommative : elle permet de vérifier que les élèves savent faire le lien entre la description du mouvement, la variation de vitesse et le changement de direction.
• formative : elle peut permettre aux élèves de réaliser que ce sont les composantes vitesse et direction qui seront pertinentes pour la suite de l’exercice lois de la mécanique.

La deuxième partie correspond donc à l’utilisation des lois de la mécanique pour passer des forces au mouvement. On propose trois situations aux élèves :

• le premier schéma ne comporte qu’une seule force et par conséquent on dira que les forces ne se compensent pas. Cela peut représenter une difficulté pour les élèves puisqu’il est difficile de dire « les forces » alors qu’il n’y en a qu’une ;
• le deuxième schéma présente deux forces qui ont même direction, même longueur et sens opposés. C’est a priori un cas classique de forces qui se compensent abordé en classe ;
• le troisième schéma est lui aussi a priori assez classique puisqu’il comporte deux forces de même direction et sens opposés mais qui ont des longueurs différentes.

Dans le schéma 2, la loi A2 du modèle s’applique directement et permet de dire que puisque les forces se compensent, soit le système est immobile, soit il est en mouvement rectiligne et uniforme mais qu’il ne peut pas être ni en mouvement rectiligne non uniforme ni en mouvement circulaire uniforme.

Dans les schémas 1 et 3, le fait que les forces ne se compensent pas permet d’affirmer à partir de la loi B2 que puisque les forces ne se compensent pas alors le système ne peut ni être immobile ni être en mouvement rectiligne uniforme. Les deux autres possibilités ne sont pas exclues. L’élève pourra essayer de trouver des situations correspondantes. Il est assez facile d’imaginer des situations avec un mouvement rectiligne non uniforme (chute libre, objet lancé vers le haut). Il est plus délicat de trouver des exemples de mouvement circulaire correspondant à ces schémas. Dans le cas du schéma 1, on pourra penser à la Lune en rotation (révolution) autour de la Terre.

Cette représentation vectorielle peut pousser l’élève à confondre les caractéristiques des forces et celles du mouvement (du vecteur vitesse).

Remarque : l’analyse a posteriori nous a montré que cet exercice nécessitait quelques modifications.