Enseignement général lié à la spécialité Mécanique statique COMMENT MESURER UNE FORCE Titre : Comment mesurer une force, création d un dynamomètre Apport pédagogique complémentaire : concernant les sections qui utilisent la notion de valeur de force de résistance des matériaux ou de clé dynamométrique. Situation dans la progression : introduction de la notion de mesure d une intensité de force Prérequis du cours de mécanique : Le poids et la masse Notion de forces Caractéristiques de forces But de l activité : Créer un appareil de mesure permettant de donner l intensité d une force. Exploiter une série de mesures dans le cours de mathématiques pour introduire ou travailler sur les fonctions affines Matériel par poste de travail : Un tableau métallique Un support magnétique en forme de crochet Un élastique Une règle graduée magnétique Une boite de masses marquées avec crochets Des étiquettes Un objet de masse inconnu avec crochet Préparation du travail : Coller une étiquette sur chaque masse marquée et y noter la valeur en newton correspondant au poids de la masse. Exemple : pour une masse de 10 g coller une étiquette de 0,1 N Coller une étiquette avec un point d interrogation sur la masse inconnue Lancement de l activité en démarche d investigation : Informations données à l élève : Nous avons vu au début de la leçon qu une force est capable de déformer un objet Vous avez à votre disposition une série de forces d intensités connues et un objet déformable (l élastique). Problématique : Créer un appareil de mesures physiques Déterminer l intensité de la force de l objet inconnu
Démarche d investigation élève Comment déterminer la valeur du poids de l objet inconnu à l aide du matériel à votre disposition? Déroulement du travail de l élève : Après avoir joué avec l élastique pendant quelques minutes, l élève place l élastique sur le crochet magnétisé servant de support. Il place ensuite la règle à la verticale dessous, permettant ainsi de relever l allongement de l élastique (en cm) en fonction de l intensité de la force accrochée. Certain élèves vont mettre le zéro de la règle aimantée sur la taille de l élastique à vide, d autre juste sous le crochet. Cela modifie simplement le type de fonction Scénario moyen de début d activité : 0,8 N L élève place la force inconnue sur l élastique, relève l allongement, puis place différentes forces connues afin d obtenir un encadrement de la force à déterminer. Intervention de l enseignant : Le scénario doit être amené vers une démarche plus scientifique avec un relevé précis de valeurs de l allongement de l élastique en fonction de la force exercée. Exemple de travail réalisé par des élèves de seconde bac Pro Maintenance des Véhicules Bateaux : Ouvrir l atelier scientifique : Créer la grandeur Poids. Sélectionner tableau Double cliquer sur la colonne A. Créer la grandeur poids P. Unité : N
Créer la grandeur longueur. Double cliquer sur la colonne B Créer la grandeur longueur L Unité : cm Compléter le tableau des valeurs. Donner la valeur de l allongement de l élastique en fonction du poids. Une fois la série de valeurs relevée dans un tableau, l enseignant amène l élève à visualiser le nuage de points dans un repère Sélectionner graphique Une fois que l élève aura placé les points dans le repère, il est intéressant de l amener à définir la plage d utilisation de l appareil de mesure qu il vient de construire.
En plaçant une règle sur le graphique, il remarque en général assez facilement que l élastique a une phase d allongement proportionnel (la phase suivante étant différente donc moins prévisible). Il va alors essayer de faire passer une droite par l ensemble des points alignés c est à dire ceux qui correspondent à la phase d allongement proportionnel. Exploitation graphique. Sélectionner graphique cliquer droit sélectionner droite. Poser la droite qui passe par le plus de points possible. Pour répondre au deuxième objectif qui est d utiliser l appareil de mesure réalisé, l élève place la force de valeur inconnue sur l élastique, mesure l allongement et se sert de la représentation graphique pour déterminer de la force en Newton. A charge bien sur à l enseignent de choisir correctement la valeur de l inconnue pour être dans la zone de déformation proportionnelle. Remarque : cela permet également à l enseignant et à l élève de déterminer la plage d utilisation du dynamomètre que nous venons de construire.
Modélisation Sélectionner modélisation Sélectionner droite Noter l équation de la droite de modélisation. Déterminer la valeur graphique du poids inconnu. Cliquer droit sélectionner coordonnées. Déterminer la valeur en Newton du poids inconnu. Retrouver ce résultat par le calcul à l aide de l équation de la droite de modélisation.