THEME 7 : DE L ACTION A L INTERACTION NEWTON FAIT SON SHOW

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2 THEME 7 : DE L CTION L INTERCTION NEWTON FIT SON SHOW Connais-tu le jeu de «choppe la mouette»? Non? lors, file voir la vidéo ci-dessous et tentons de comprendre en quoi cela consiste : Notion d CTIONS : fin de tenter d expliquer pourquoi cela se produit ainsi, prenons les choses une à une : 1 ER EXEMPLE : L TROTTINETTE Comment fais-tu pour te déplacer en trottinette? Je pousse avec le pied sur le sol, ce qui met la trottinette en mouvement. lors que mon pied pousse vers l'arrière, je me déplace vers l'avant. Quels sont les éléments qui interviennent dans le déplacement? Le garçon, la trottinette, le sol. 1

3 Quels sont les éléments qui se déplacent? Le garçon, la trottinette. trottinette Se déplacent-ils ensemble semble? Oui. Donc, nous pouvons les assimiler à un seul objet. Quels sont donc les 2 objets qui interviennent dans cette action? Objet? La trottinette et l enfant. Objet? Le sol. Dans quelle direction l action se fait fait-elle? horizontalement. 2ÈME EXEMPLE : L GRENOUILLE Qu observons-nous? La grenouille nage, elle se déplace dans l eau. Quels sont les deux objets qui interviennent dans cette action? Objet? La grenouille. Objet? L eau.. Dans quelle direction l action se fait fait-elle? horizontalement.. Modélisation d CTIONS CTIONS convention : tout out corps matériel vivant ou non est appelé objet. Dans le 1er exemple, la trottinette et la personne sont solidaires: on les considère comme un seul et même objet. 2

4 Légende : Objet action de.. sur. Exemple 1 : la trottinette Exemple 2 : la grenouille Élève et trottinette La grenouille Sol ction de l élève sur le sol L eau ction de la grenouille sur l eau / / La flèche indique l action de sur en montrant : la droite d action ou «direction» ( horizontale, ici ) le «sens» ( de la gauche vers la droite, ici ). TTENTION : La flèche part toujours de l objet qui subit l action. Synthèse partielle : Une action se modélise par une flèche qui part de l objet qui subit l action. Elle est caractérisée par une direction ( H, V ou O ) et un sens ( de vers ) 3

5 C. Exercices de modélisation sur d'autres documents Exercice 1 Repère les objets et modélise les actions ( 1 seule par image ) L objet = le coureur. L objet = le starting-bloc. Modélisation de l action de sur : / L objet = le kayakiste et la rame. L objet = l eau. Modélisation de l action de sur : µ / 4

6 L objet = la pieuvre. L objet = l eau. Modélisation de l action de sur : / pour info : La pieuvre est un céphalopode. Elle a une cavité centrale limitée par des muscles qui agissent pour la rétrécir ou l élargir ; il en résulte l introduction ou l expulsion d eau. Quand les muscles se contractent, l eau est expulsée. En cas de danger, une expulsion brutale de l eau provoque le brusque recul de l animal. De là, résulte pour l animal un déplacement (fuite) en sens opposé au courant d eau. Chez la méduse, c est un peu différent : les muscles sont disposés en cercle autour de l ombrelle. En cas de déplacement volontaire, une brusque contraction des muscles chasse l eau de l intérieur de l ombrelle, ce qui propulse l animal en sens opposé au courant d eau. 5

7 Exercice 2 Réalise un «trier-classer» relatif au déplacement illustrés dans l exercice 1. Critère de classement : la droite d action lors du déplacement Choisis la caractéristique qui te permettra de faire un tri. Remplis les étiquettes de classement. Grenouille Pieuvre Méduse Rameur Critère de classement : droite d action. Caractéristique du tri: horizontale. Rameur Grenouille oui non Céphalopode Méduse nimaux se déplaçant Horizontalement. nimaux ne se déplaçant pas horizontalement. D. Passage du modèle action au modèle interaction Nous n avons pas été tout à fait complets avec les modélisations ci-dessus. Nouvelle expérience pour pouvoir nous retrouver l explication scientifique du jeu «choppe la mouette» : la fusée de baudruche. 6

8 Matériel : Une corde tendue Un ballon de baudruche Papier collant Paille Mode opératoire : Enfile la corde dans la paille. ttache la paille au ballon, préalablement gonflé, avec du papier collant. Maintiens l ouverture du ballon bouchée. Lâche le tout. Observation : La fusée se met en mouvement le long de la corde. Explication : a) Qu observes-tu? Le ballon se dégonfle et l air est éjecté vers la gauche. Le montage se déplace vers la droite. Quels sont les éléments qui se déplacent ensemble? La paille, le ballon et l air intérieur.. Nous pouvons donc les assimiler à un seul objet. Quels sont donc les objets qui interviennent ici? Objet? Le ballon, la paille et l air intérieur. Objet? L air extérieur. b) Interprétation L air sort dans un sens et le montage avance dans un sens opposé. Le montage agit sur l air extérieur. L air extérieur agit sur le montage. Il y a donc simultanément des actions ayant même direction ( horizontale ) mais des sens opposés. On les appelle actions réciproques, on dit qu il y a interaction. c) Modélisation / / C est le principe de l avion à RECTION. 7

9 Reprenons le cas de la trottinette. Si le garçon pousse le sol vers l arrière, comment le sol va-t-il réagir? Le sol va pousser le garçon et sa trottinette vers l avant. Modélisation : Objet = garçon et trottinette Objet = sol / / Synthèse partielle : toute action correspond une réaction, de même direction ( droite d action ) mais de sens opposé. On parle d interaction. E. Types d interactions Dans tous les cas envisagés, les objets et se touchent. On parle d interactions par contact. ton avis, est-il possible d agir sur un objet... à distance? Ce serait comme faire de la magie Magique? Pas tout à fait. Observe l expérience suivante : 8

10 Matériel : Une canette vide Un tuyau en pvc (baguette magique) Mode opératoire : près avoir frotter le tuyau contre une manche, approche le de la canette. Observation : La canette se met en mouvement. Elle est attirée par le tuyau. Explication : En frottant le tuyau, on crée une charge d électricité statique. Celle-ci va permettre l interaction avec la canette. Sans frottement, pas d action, et donc pas de réaction. Tu découvriras cela plus en détail lors du corps de Physique en 3 ème année, Conclusion Il existe un autre type d interaction : les interactions à distance. Classe toutes les interactions envisagées jusqu à présent dans le tableau suivant : Interactions de contact Trottinette et sol Coureur et starting-bloc Kaykiste et eau Grenouille et eau Pieuvre et eau Méduse et eau allon et air Interactions à distance Canette et tuyau pvc utres non vus en classe : aimants F. Comparaison de la valeur de deux actions réciproques Reprenons l expérience de la fusée de baudruche : que va-t-il se produire si je gonfle plus mon ballon? Si je pousse plus fort sur le sol, le sol pousse-t-il plus fort sur moi? Comment puis-je, en utilisant le modèle interaction, traduire le fait que plus d air va sortir de ma fusée? En agrandissant la taille des flèches. 9

11 Hélas, l'action n'est pas une grandeur physique. Elle ne peut pas être mesurée. Pour estimer la valeur (quantifier) des actions réciproques, nous allons devoir remplacer la notion d «action» par la notion de «FORCE». insi, nous aurons une grandeur physique que nous pourrons mesurer. Pour quantifier l effet d une force, nous pourrions utiliser un objet qui reproduit assez fidèlement l impact d une force : un ressort. insi, plus la force sera grande, plus le ressort s étirera / s écrasera. Si on gradue ce ressort, on obtient un dynamomètre. La notion de force a été découverte en 1687 par Isaak NEWTON. Il a également inventé le télescope, découvert les différentes couleurs composant la lumière blanche et surtout est célèbre pour avoir découvert et expliqué la notion de gravité. Il a donné son nom à l unité de mesure d une force. Illustration d un dynamomètre : 10

12 Expérience Mesurons la valeur de deux forces réciproques représentant une interaction. Matériel : Mode opératoire : Chariot : chariot tracteur Chariot : chariot tracté 2 dynamomètres Schéma figuratif des chariots en mouvement ccrocher 2 chariots au moyen de 2 dynamomètres. ctionner le moteur du chariot. Lire les valeurs des forces sur les 2 dynamomètres. chariot tracté Chariot tracteur moteur sens du déplacement Observation Les chariots se déplacent horizontalement vers la droite. Les dynamomètres s étirent de manière identique ( 0,2 N ). Conclusion La force exercée ( action ) et sa contre-partie ( réaction ) sont identiques en valeur. La mesure d une force s appelle l INTENSITE de la force. Synthèse partielle : toute action correspond une réaction, de même direction ( droite d action ), de sens opposé et de même intensité. Illustration : LE PENDULE DE NEWTON Explique son fonctionnement : Lorsqu une bille est lâchée, une seule bille bouge à l autre bout du pendule. Si on lâche 2 billes, 2 billes réagissent,... 11

13 Passage du «modèle interaction» au «modèle forces réciproques» Deux points objets représentent respectivement les objets et. Chacune des forces de l'interaction se modélise par une simple flèche baptisée VECTEUR. Le vecteur représente la force. Il est caractérisé par: une direction ( droite d action ), un sens, une longueur, proportionnelle à la valeur de la force (F). modèle «forces réciproques» dans l expérience des 2 chariots : F/ F/ = 0,2 N F/ échelle : F/= 0,2 N 0,1 N G. Choisir le bon dynamomètre Selon les forces en présence, il tient d utiliser le dynamomètre avec la graduation la plus adéquate. Plus la force sera grande plus l échelle du dynamomètre devra l être aussi. H. Effets des forces réciproques Voici une liste de situations mettant en présence des forces réciproques : 1) je pousse avec le pied sur le sol : la trottinette se met en mouvement ; 2) l aimant repousse un aimant et réciproquement ; 3) le vent de face freine le coureur ; 4) une voiture écrase son pare-chocs en caoutchouc sur un mur ; 5) je modèle de la pâte à modeler ; 6) la cascade d eau creuse le rocher ; 7) la tête du footballeur dévie le ballon ; 8) le ballon atterrit dans la vitre et la vitre se brise ; 9) le vent se lève et provoque des vagues sur l océan ; 10) je pousse sur la pédale de la poubelle et le couvercle se lève. a) Souligne les verbes qui précisent les effets observés 12

14 b) Remplis les étiquettes de tri et classement des effets des forces réciproques. 1,2,3,4,5,6,7,8, 9, 10 OUI Critère de classement : effets des forces. Caractéristique : les objets se déplacent. 1, 2, 3, 7, 9, 10 4, 5, 6, 8 NON Forces à effet dynamique (les objets se déplacent). Forces à effet statique (les objets ne se déplacent pas, ils se déforment). SYNTHESE GENERLE : On appelle FORCE toute cause capable de mettre un objet en mouvement, de l arrêter, de le dévier ou de le déformer. C est une grandeur physique, elle peut donc être mesurée. L instrument de mesure d une force est le dynamomètre. Son unité de mesure est le Newton ( N ). Une force n agit jamais seule, elle est toujours contrebalancée par d autre forces qui agissent réciproquement à elle afin de rétablir l équilibre naturel des choses. Si un objet est en équilibre, c est que toutes les forces qui agissent sur lui se neutralisent ( intensités identiques et sens opposés ). 13