3.1.2. Passage des forces au mouvement

Dans le deuxième exercice du test 3, on propose aux élèves d’étudier une fusée qui coupe ses moteurs en route. Les élèves doivent en déduire qu’il n’y a plus aucune force vers le haut et que par conséquent les forces ne se compensent pas. Ils peuvent alors utiliser les lois de la mécanique pour avoir des informations sur le mouvement possible de la fusée.

L’analyse des réponses écrites nous permet de voir la difficulté des élèves à choisir la loi appropriée : alors que 69 élèves ont répondu que les forces ne se compensaient pas, seuls 38 élèves ont utilisé la loi « si les forces ne se compensent pas alors le système n’est ni immobile ni en mouvement rectiligne uniforme » ou la loi « si le système est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme alors les forces qui s’exercent sur lui se compensent ».

29 élèves (32%) ont répondu l'enchaînement suivant :

• Lorsque la fusée coupe ses moteurs :
• • il y a la force exercée par la Terre sur la fusée (vers le bas) et la force exercée par l'air sur la fusée (vers le bas).
  • Verticalement les forces sur la fusée ne se compensent pas.
  • "Si un système n'est ni immobile ni en mouvement rectiligne uniforme (c'est-à-dire si sa vitesse et/ou sa direction varient), alors les forces qui s'exercent sur le système ne se compensent pas ".
  • On en déduit que la vitesse varie.
  • La fusée continue à monter en ralentissant.

et 17 élèves (19%) ont répondu l'enchaînement suivant (réponse correcte attendue) :

• Lorsque la fusée coupe ses moteurs :
• • il y a la force exercée par la Terre sur la fusée (vers le bas) et la force exercée par l'air sur la fusée (vers le bas).
  • Verticalement les forces sur la fusée ne se compensent pas.
  • "Si les forces qui s'exercent sur un système ne se compensent pas, alors le système n'est ni immobile ni en mouvement rectiligne uniforme (c'est-à-dire que sa vitesse et/ou sa direction varient)".
  • On en déduit que la vitesse varie.
  • La fusée continue à monter en ralentissant.

On voit donc que la majorité des élèves identifie correctement les forces et en conclut des informations pertinentes sur la compensation des forces et sur le mouvement de la fusée mais que ces élèves ont du mal à choisir la loi qui permet ce passage.

L’analyse des entretiens peut nous permettre de comprendre l’origine de cette difficulté. L’analyse de l’entretien mené avec Julien nous donne par exemple quelques renseignements complémentaires :

‘« en fait là j’ai j’avais pris euh la réponse là pour aller là en fait ’ ‘(son doigt se déplace de bas en haut sur la feuille) ’ ‘alors que je devais faire l’inverse que je devais prendre plutôt que les forces se compensent pas et en déduire que que le mouvement était ralenti » « celle-là ’ ‘(1’ ‘er’ ‘ encadré)’ ‘ celle-là ’ ‘(2’ ‘ème’ ‘ encadré)’ ‘ celle là ’ ‘(3’ ‘ème’ ‘ encadré)’ ‘ j’ai fait comme ça mais disons que à partir du moment où j’ai mis ça pour moi tout le raisonnement il était fait dans ma tête quoi » « voilà j’ai pff j’ai fait comme j’avais l’habitude de faire quoi »’

‘On voit dans cet extrait que Julien a construit son raisonnement avant de répondre aux questions. Il est parti du fait que la fusée allait ralentir. Il remarque lui-même que c’est le raisonnement habituellement suivi (passage du mouvement aux forces). Cela peut expliquer le fait qu’il ait choisit la loi « ’ Si un système n'est ni immobile ni en mouvement rectiligne uniforme (c'est-à-dire si sa vitesse et/ou sa direction varient), alors les forces qui s'exercent sur le système ne se compensent pas ».

Cet exercice permet de voir le raisonnement suivi par les élèves dans le choix de la loi. Les résultats obtenus montre l’habitude « naturelle » qu’ont les élèves de passer du mouvement aux lois et la difficulté qu’ils ont à effectuer le raisonnement inverse. Il est donc important de tester le passage de la compensation des forces vers le mouvement.