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Bruce Willis et Isaac Newton : principe d’inertie et trajectoire parabolique.

Bruce Willis e Isaac Newton: principio de inercia y trayectoria parabólica.

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Photographie de l'Alhambra, Grenade, droits réservés, source : http://www.flickr.com/photos/arturdebat/443912812/

Bruce Willis et Isaac Newton, Boabdil et la chute de Grenade en 1492... À travers ces quelques thèmes, cette séquence permet d'introduire le principe d'inertie et les trajectoires paraboliques de projectiles. Elle propose en particulier l'étude d'un extrait du film Armageddon et une démarche d'investigation sur la trajectoire parabolique d'un boulet de canon (utilisation d'un canon pneumatique et d'un logiciel de pointage).

Bruce Willis e Isaac Newton, Boabdil y la caída de Granada en 1492... Varios temas para introducir el principio de inercia y las trayectorias parabólicas de proyectiles. Esta lección propone en particular un extracto de la película Armageddon y una investigación en la trayectoria parabólica de una bala de cañón (utiliza un cañón a aire y un software para apuntar las posiciones).

Rédacteur :

  • Laurent VILLEGAS, Lycée Saint Thomas d’Aquin Veritas, OULLINS

Objectifs disciplinaires

Cette séquence peut intervenir après avoir abordé le principe d'inertie en classe de sciences physiques du tronc commun. Le principal objectif est d'introduire le vocabulaire de base en mécanique tout en approfondissant les connaissances acquises dans le tronc commun sur le principe d'inertie.

Objectifs :

  • Connaître et savoir utiliser le principe d'inertie.
  • Introduire les trajectoires paraboliques dans le cas d'une chute libre avec une vitesse initiale non nulle.

Références au programme

Classe de 2nde. BO n°6 du 12 Août 1999.
Programme de physique.
II - L'Univers en mouvement et le temps
1 - Mouvements et forces
1.2. Principe d'inertie

1.3. La gravitation universelle
La 2ème partie de la séquence sur la chute de Grenade peut également être adaptée pour la classe de Term S (BO n°4 du 30 Août 2001) dans la partie :
Programme de physique.
D - Évolution temporelle des systèmes mécaniques
2 - Etudes de cas
2.2. Mouvements plans

Il faut alors ajouter un étalon de mesure sur la vidéo pour pouvoir enregistrer les coordonnées du projectile et modéliser la courbe.

Niveaux de compétence en langue

Expression orale en continu : B2 Expression orale en interaction : B2 Compréhension de l'écrit : A2 Expression écrite : A2

Fiche analytique

Notion(s) centrale(s)

Enoncé du principe d'inertie pour un observateur terrestre : « tout corps persévère, dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, si les forces qui s'exercent sur lui se compensent ».

Savoir qu'il est équivalent de dire : « un corps solide est soumis à des forces qui se compensent » et « un corps n'est soumis à aucune force ».

Un projectile en chute libre, lancé avec une vitesse initiale non nulle (ou non verticale), a une trajectoire parabolique.

Application du principe d'inertie suivant 2 directions différentes.

Dimensions culturelle/interculturelle/interdisciplinaire

La 1ère partie de la séquence utilise un article de « El País » sur des météorites tombés dans la Mancha. C'est l'occasion de présenter rapidement cette région d'Espagne et de présenter aux élèves « l'affrontement » de Don Quichotte et de ses moulins.

Pour prolonger l'exploitation de cet article, des sujets d'exposés oraux sont proposés aux élèves. Un des sujets portent sur le système solaire, thème abordé dans le programme de SVT en 2nde.

La 2ème partie de la séquence prend pour cadre la fin de l'influence musulmane en Espagne après 5 siècles de présence. Elle fait directement référence à la « Reconquista » une étape importante de l'histoire du pays.
Il est possible de profiter de cette séquence pour présenter aux élèves cette période de présence musulmane où les 3 grandes religions pouvaient cohabiter en paix. Ce climat de tolérance a été propice au développement culturel dans cette zone de l'Europe. Cet héritage est encore très visible en Espagne (architecture, systèmes d'irrigation, ...). Ce cadre historique est en lien direct avec le programme d'histoire de 2nde « La méditerranée au XIIe siècle ».

L'enseignement de la mécanique en Espagne insiste très tôt sur l'aspect vectoriel de la vitesse. En France, cette notion n'est pleinement abordée qu'en 1ère. Tout en respectant les limites du programme de 2nde, cette séance permet de commencer à décomposer la vitesse suivant 2 directions.

Activité(s) langagière(s) dominante(s) travaillée(s) au cours de la séquence

Interaction orale.

Production écrite.

L'activité « Production orale en continu» n'est pratiquée que par le rapporteur de chaque groupe et les élèves présentant un exposé oral.

Exploitation pédagogique

Démarche pédagogique

1ère séance :

- Travail sur l'article « Principio de acción y reacción » pour introduire le vocabulaire de base en mécanique.

- L'enseignant présente l'expérience avec une balle et la possibilité de lui faire suivre un virage : formulation d'hypothèses par groupe de 4, vérification expérimentale et conclusions.
- Lecture de l'article « El meteorito de Puerto Lápice ». Discussion avec les élèves et présentations des sujets d'exposés. Pour chaque sujet : 3 élèves préparent pour la séance suivante un court exposé (2 à 3 minutes d'exposé oral) ainsi que 3 questions sur le sujet.

2ème séance :

- Présentations orales : 1 élève pour chaque sujet. Réponses aux questions des élèves ayant travaillé sur le même thème et du reste de la classe.
- Extrait du film Armageddon : réponses au questionnaire à l'oral. Reformulation à l'écrit pour la séance suivante.


3ème séance :

- Présentation de la situation avec les photos de Granada (diaporama) et du tir d'un canon par-dessus les murs de la ville. Réflexion individuelle des élèves puis travail par groupes de 4. Un rapporteur vient présenter les hypothèses et le raisonnement de son groupe.

- Le professeur s'appuie sur les propositions des groupes pour réaliser l'expérience : tir avec le canon pneumatique (fichier canon.jpeg) et exploitation de la vidéo (fichier disparo.avi) par pointage. Institutionnalisation (trajectoire parabolique).
- Evaluation du travail de groupe par les élèves grâce à la fiche autoevaluacion.doc.

4ème séance :

- Travail sur la chronophotographie distribuée aux élèves pour étudier l'évolution de la vitesse verticale et de la vitesse horizontale (rappel de la méthode à l'aide du diaporama).
- Evaluation de la production écrite avec l'exercice sur Jose, el « canis golocinus » (fichier jose.doc).

Évaluation

Proposition d'évaluation

- L'interaction orale est évaluée à la fin de la 3ème séance grâce à la fiche « autoevaluacion.doc » remplie par les élèves. Ces derniers doivent s'auto évaluer et évaluer un membre de leur groupe suivant 5 critères : j'ai/il a été capable de parler en espagnol, proposer et expliquer son point de vue, écouter et comprendre les autres, négocier et changer de point de vue si nécessaire, proposer une expérience. A l'issue de cette évaluation, l'élève doit prendre conscience d'éventuelles faiblesses et cibler les domaines où il doit progresser.

- La production écrite est évaluée une première fois de façon formative à travers les réponses du questionnaire sur le film Armageddon. Elle est à nouveau évaluée à la fin de la séquence grâce à l'exercice sur Jose, el « canis golocinus ». Les élèves sont en effet amener à réinvestir de façon simple les notions étudiées en rédigeant des réponses courtes aux questions. Des phrases complètes sont néanmoins exigées.

- La production orale en continu est évaluée au début de la 2ème séance pour les élèves présentant un exposé oral. Cette évaluation peut également être réalisée par les élèves de la classe grâce à la grille exposicion.doc.

Ouverture internationale et interdisciplinarité

Ouverture internationale

- Un assistant de langue peut intervenir pour parler de l'importance des régions en Espagne, en particulier depuis la mort de Franco, et pour présenter la Mancha (les moulins, le fromage manchego, ...) et son héros Don Quichotte.

- Un voyage scolaire en Espagne peut permettre aux élèves d'apprécier par eux même les traces encore visibles de plusieurs siècles de présence musulmane.

- Cette séquence utilise les TICE à plusieurs reprises (vidéo, logiciel de pointage, chronophotographie) mais il est possible de renforcer cet aspect en guidant les élèves pour qu'ils réalisent eux-mêmes la vidéo du tir et son exploitation.

Prolongements dans la discipline

Au niveau de la discipline SPC, il est possible de prolonger cette séquence en étudiant l'importance des conditions initiales d'une chute libre : il suffit pour cela de refaire une étude de tir en modifiant l'angle du canon ou la valeur de la vitesse de lancement (réalisation de chronophotographies avec plusieurs tirs représentés sur un même document).

Dans la réalité, la résistance de l'air intervient. Il est dans une certaine mesure possible de la négliger pour des chutes libres de faible durée tant que les vitesses atteintes sont faibles. Ce n'est pas le cas pour un boulet de canon (les artilleurs le savent bien). Le problème est abordé en classe de Terminale pour les chutes libres verticales (sans vitesse initiale). Il est hors-programme dans les autres cas. Il est possible de l'évoquer qualitativement. Le problème se prête bien à un traitement informatique. L'écriture éventuelle du programme est simple dans l'hypothèse d'une force opposée à la vitesse et proportionnelle à celle-ci, plus compliquée dans le cas d'une force variant comme une autre puissance de la vitesse.

Interdisciplinarité

- Présentation de la Mancha, région d'Espagne, et lien possible avec la littérature espagnole en introduisant l'œuvre de Cervantes : « Don Quijote de la Mancha ».

- Relations possibles avec le programme d'histoire dans la partie « La Méditerranée au XIIe siècle ».

- Relations possibles avec le programme de SVT avec l'importance de l'influence musulmane pour l'astronomie (le système solaire en classe de 2nde).

- Relations possibles avec le programme de l'enseignement MPI (mesures physiques et informatiques) avec l'importance de l'influence musulmane pour l'histoire du système numérique.

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