E. Formes d’énergie stockée et conservation de l’énergie (Q8)

Résultats

Le tableau 70 donne l’énoncé de la question 8.

Tableau 70. Enoncé de la question 8
Un enfant lâche une boule de pétanque sans vitesse initiale d’une certaine hauteur par rapport au sol. Les forces de frottements exercées par l’air sont négligeables.
a). Est-ce que ce système « boule de pétanque » a de l’énergie à l’instant de son lâcher ? (cases à cocher : oui, non et je ne sais pas).
b). Justifiez votre réponse à partir de vos connaissances de physique
c) On s’intéresse aux deux positions suivantes de la boule : au moment du lâcher et lorsqu’elle est à la moitié de son trajet.
c1) Précisez sous quelle(s) forme(s) l’énergie est stockée pour les deux positions suivante : au moment du lâcher, à la moitié de son trajet)
c2) Comparez l’énergie de la boule de pétanque dans les deux positions

« Un corps situé à une hauteur h par rapport à la Terre possède de l’énergie », cette expression est maîtrisée dans les deux classes (77% dans la classe 1 et 88% dans la classe 2) (tableau 71, 8a). Les évolutions avant et après enseignement sont respectivement de 39% pour la classe 1 et 64% pour la classe 2. Mais en ce qui concerne les justifications, les réponses varient d’une classe à l’autre. S’il s’agit de justifier avec les mots comme potentiel, mouvement, déplacement ou vitesse (les mêmes pour les mots altitude ou hauteur) le pourcentage de réponse après enseignement est plus élevé dans la classe 2 que dans la classe 1 (tableau 71, 8b). S’il s’agit de la justification par la position de l’objet par rapport au référentiel terrestre (altitude ou hauteur) les pourcentages de réponses sont faibles avant et après enseignement (0%-3% classe 1 et 6%-18% classe 2). Nous avons aussi noté un fort taux de non réponse dans la classe 1.

En ce qui concerne la (les) forme(s) d’énergie stockée(s) par le système au moment où on le lâche, les termes employés par la classe 1 sont les suivants (tableau 71, 8. c1a): « énergie cinétique »,  « énergie potentielle » et « énergie mécanique ou énergie cinétique+énergie potentielle  La classe 2 n’a pas donné de réponse exacte dans la rubrique « énergie potentielle ». Le pourcentage de réponse donnée (énergie potentielle) dans la classe 1 est de 52%, il représente aussi l’évolution du pourcentage des réponses avant et après enseignement. Ces formes d’énergie stockées par un système ne nous semblent être maîtrisées dans aucune des deux classes même si la classe 1a un léger avantage.

Les formes sous lesquelles l’énergie est stockée à la moitié du trajet confirment encore la non maîtrise de la notion d’énergie stockée dans cette situation où les deux classes donnent majoritairement comme réponse : énergie cinétique (tableau 71, 8. c1b) avec des pourcentages après enseignement de 29% pour la classe 1 et 47% pour la classe 2. Les pourcentages de réponses après enseignement concernant la réponse exacte (énergie cinétique et potentielle) passent de 0% à 13% dans la classe 1 et de 0% à 12% dans la classe 2. L’évolution des pourcentages de réponses avant et après enseignement a le même sens quand il s’agit de « énergie cinétique et énergie potentielle », mais elle est faible dans les deux classes (12% en moyenne)

Tableau 71. Réponses aux formes d’énergie
8. a. Est-ce que le système « boule de pétanque » a de l’énergie à l’instant de son lâcher ?
 
Classe 1 Classe 2
Av - apr Av - apr
Oui 38-77 24-88
Non 50-13 41-6
8. b. Justifiez votre réponse à partir de vos connaissances de physique
Potentielle/Déplacement/Mouvement/Vitesse 9-36 6-65
Altitude/hauteur 0-3 6-18
Force/Poids/Attraction de la Terre/Force de gravité 0-3 6-18
Energie ne se crée pas, même immobile le corps possède de l’énergie 9-9 0-6
Non réponse 25-26 59-6
8. c1a. Forme(s) sous laquelle l’énergie est stockée au moment du lâcher
Energie potentielle 0-52 0-0
Energie cinétique 0-7 0-47
Energie mécanique ou énergie cinétique +énergie potentielle 0-10 0-12
Autres 22-3 12-35
8. c1b Forme(s) sous laquelle l’énergie est stockée à la moitié du trajet
Energie cinétique 0-29 0-47
Energie potentielle 0-6 0-0
Energie cinétique +énergie potentielle 0-13 0-12
Autres 28-23 12-35
Non réponse 72-29 88-6
8. c2. Comparaison de l’énergie stockée entre les deux positions : au moment du lâcher et à la moitié du trajet
Energie au lâcher = Energie à la moitié du trajet 3-32 0-53
Energie au lâche >ou > Energie à la moitié du trajet 47-10 18-6
Energie cinétique au moment du lâcher > ou < Energie cinétique à la moitié du trajet 0-19 0-6
Energie cinétique = Energie potentielle 0-0 0-18
Non réponse 47-36 82-18

En ce qui concerne la comparaison des énergies entre le moment où le système est lâché et à la moitié du trajet, la réponse par « l’énergie est la même » a connu une évolution dans les deux classes avec un taux qui passe de 0 à 53% pour la classe 2 et de 3 à 32% pour la classe 1 (tableau 71. 8. c2). Les élèves de la classe 2 ont aussi utilisé l’égalité de l’énergie potentielle et de l’énergie cinétique, mais avec un faible taux de 0 à 18%. Dans tous les cas l’évolution des réponses avant et après enseignement est faible dans la classe 1 (de 3 à 32%) et relativement faible dans la classe 2 même si elle est de 53% (de 0 à 53%).