Question 17. Question 18. Apprendre les sciences par la confrontation

Transcription

1 Apprendre les sciences par la confrontation Question 17 La figure ci contre illustre un astronaute qui se tient debout à la surface de la Lune. Selon vous, l énoncé suivant est il juste ou faux? «Il n y a pas d attraction gravitationnelle sur la Lune, c est pour cela que l astronaute porte une combinaison spatiale d une centaine de kilogrammes pour que ses pieds demeurent au sol de la Lune et qu il ne s envole pas.» Votre justification : Juste Faux Question 18 Considérons deux balles identiques d une masse de 1 kg chacune, suspendues aux fils A et B, comme illustré ci contre. Si l on lâche en même temps les deux balles et que l on suppose qu elles ne sont soumises qu à l action de la force de gravitation de la Terre et de la Lune, elles toucheront le sol de la Terre et celui de la Lune en même temps, puisqu elles ont la même masse (1 kg) et sont à la même distance du sol de leur planète (10 m). D après vous, cet énoncé est il vrai, faux ou partiellement vrai? Vrai Faux Partiellement vrai Expliquez votre choix de réponse : 22

2 Analyse qualitative des notions de force et de mouvement Question 19 Dans un livre pour enfants intitulé «La science» (Larousse, Ma première encyclopédie), on fournit l information suivante : «La lune exerce sur les objets une force beaucoup moins grande que sur la Terre. Ainsi, un bébé pesant 6 kg sur la Terre ne pèserait que 1 kg sur la Lune.» Expliquez votre choix de réponse : Vrai Faux Partiellement vrai Question 20 Le phénomène des marées est connu de tout le monde : marées basses et marées hautes comme illustré ci dessous : Selon vous, comment se forment les grandes marées? Expliquez votre réponse à l aide de dessins. 23

3 Apprendre les sciences par la confrontation Votre dessin : Question 21 Il est connu que la Terre tourne autour du Soleil. Aussi, elle tourne autour d elle même. Selon vous, le Soleil tourne t il autour de la Terre? Vrai Faux Expliquez votre choix de réponse : 24

4 Analyse qualitative des notions de force et de mouvement Question 22 Comment expliquer le mouvement d un satellite autour de la Terre alors qu aucun moteur n entretient son mouvement? Question 23 Parmi les situations suivantes, y en a t il qui ont de l énergie? Si oui, précisez les formes d énergie et expliquez votre réponse. 25

5 Apprendre les sciences par la confrontation 26

6 Analyse qualitative des notions de force et de mouvement Question 24 Comment expliquer le mouvement de rotation de la Terre autour du Soleil, alors que nous ne ressentons rien de son déplacement? Votre explication : 27

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8 Partie 1.2 Solutionnaire

9 Apprendre les sciences par la confrontation Solution Question 1 La réponse 1 est fausse : la balle n acquiert pas la force que le jeune homme a appliquée. Cette force s est annulée à l instant où il a lancé la balle et, conformément à la première loi du mouvement de Newton (que l on nomme aussi loi d inertie), la balle continuera son mouvement en ligne droite en conservant la vitesse acquise à la suite de son accélération. Notons que deux forces s appliquent sur la balle lors de son mouvement dans les airs : la force de gravité, c est à dire le poids de la balle (qui résulte de l action de sa masse et de celle de la Terre) et la force de frottement (qui résulte de l action de l air sur la balle). Elle finira par tomber et ne continuera pas son mouvement en ligne droite et à vitesse constante. La réponse 2 est incomplète : effectivement, le vent (mouvement de l air) aura une action sur la balle. Cette action durera un certain temps selon l intensité du vent et de sa direction. Cependant, une autre force s applique en même temps sur la balle, et c est la force de gravitation, ce qui explique sa chute après un certain temps. Solution Question 2 Comme le cycliste ralentit, cela signifie que sa vitesse diminue et donc qu il subit une décélération (accélération négative). Si on se réfère à la deuxième loi de Newton (d après cette loi, l intensité de la force résultante F qui s applique sur un corps en mouvement est égale à sa masse m multipliée par son accélération a : F = m. a), cela implique qu il y a une force résultante (ou force nette) qui agit en direction opposée au mouvement du cycliste. D où vient cette force? C est la friction causée par l air, par les roues qui tournent, etc. Toutes ces forces de frottement s opposent au mouvement du cycliste. L affirmation est donc fausse. Il n y a pas de force qui demeure dans la bicyclette. La bicyclette est en mouvement, et ce sont les forces de frottement qui la font ralentir. Solution Question 3 La réponse est partiellement vraie. En effet, à l instant où la conductrice freinera, le personnage sera projeté en avant. Par contre, il est faux de dire qu il sera projeté en avant pour maintenir un certain équilibre. Il sera projeté en avant, conformément à la première loi du mouvement de Newton (loi d inertie). En effet, la vitesse du personnage est la même que celle du camion (pour un observateur extérieur), c est à dire 80 km/h, et à l instant où l auto s arrêtera, selon la loi d inertie, le personnage continuera son mouvement en ligne droite à cette vitesse. La conductrice du camion sera aussi projetée en avant si elle ne porte pas sa ceinture de sécurité comme illustré ci contre dans le cas d un conducteur qui a omis de porter sa ceinture. Notons que certains jeunes s amusent en se mettant debout sur le coffre arrière d une voiture qui se déplace à grande vitesse, et ce, sans se soucier du danger qu ils courent lorsque la voiture s arrêtera brusquement! 30

10 Analyse qualitative des notions de force et de mouvement Solution Question 4 Réponse 1 : À l instant où il lâche sa balle, elle n effectuera pas le trajet A (elle ne reculera pas en tombant), car d après la loi d inertie, elle voudra continuer son mouvement en ligne droite avec la vitesse que le coureur avait au moment où il l a lâchée. Par contre, il est vrai que si le coureur était immobile (la vitesse de la balle sera nulle), il verrait la balle effectuer le trajet C, car la force de gravitation qui s applique sur la balle l amènerait vers le sol. En conclusion, en chaque point de son trajet, la balle voudra continuer son mouvement en ligne droite et son poids (la force de gravitation) en ce point la dirigera vers le sol, comme illustré ci dessous : P = m. g Mouvement de la balle selon la loi d inertie P = m. g Mouvement de la balle selon la loi d inertie Mouvement de la balle selon la loi d inertie P = m. g Mouvement de la balle selon la loi d inertie {m : masse de la balle g : accélération terrestre (9,8 m/s 2 ) Sol P = m. g Réponse 2 : Il est vrai que lorsqu on lâche la balle, on n applique plus de force sur elle et qu à ce moment, il n y a que la force de gravitation qui l influence en négligeant l action de l air. Il est aussi vrai que la force de gravitation implique que la Terre attire vers elle tout objet ayant une masse et qui se déplace dans son champ d attraction (de gravitation). Par contre, il est faux de dire que puisque la balle ne subit que la force de gravitation de la Terre, elle tombera à la verticale exactement à l endroit où on l a lâchée (trajet B), selon la loi d inertie. Solution Question 5 À l instant où le personnage lâche la ficelle, la balle continuera son mouvement selon le trajet b, conformément à la loi d inertie. Cependant, elle tombera à cause de la gravitation. Il est important de noter qu on ne verra pas ce trajet à cause de la durée, mais si l on pouvait observer au ralenti son mouvement, on le verrait. Solution Question 6 Réponse 1 : La réponse est partiellement vraie. Effectivement, la pomme agira comme une météorite dans l espace, conformément à la première loi du mouvement de Newton. Or, selon cette loi, la pomme continuera son mouvement en ligne droite et à vitesse constante, donc son accélération sera nulle (aucune variation de sa vitesse). Réponse 2 : La réponse est partiellement vraie. En effet, la loi d inertie affirme qu un objet qui se déplace sur une trajectoire rectiligne continuera à se déplacer à vitesse constante seulement si la force nette (force résultante) est nulle. Il est vrai que si l on veut faire varier sa vitesse ou l immobiliser, on doit appliquer une force. 31