Un MOOC sur la mécanique avec des TP à faire chez soi

Les MOOC sont à la mode. J'ai longtemps pensé que ça n'apporterait pas grand chose de plus que de simples cours filmés, ce programme, qui inclue des travaux pratiques à faire chez soi, et une évaluation par les pairs est une bonne occasion de réfléchir sur ce que peuvent apporter ces MOOCs!

Plus de renseignements ? https://www.coursera.org/course/phys1

Les référentiels galiléens

Je n'aimais pas la mécanique du point, et encore moins la mécanique du solide car j'ai eu souvent l'impression d'y faire plus de maths que de physique, et de devoir mesurer des trucs évidents quand par hasard il y avait un TP (vérifier la première loi de Newton sur la table à coussin d'air etc). 

Cette année en didactique, je vois énormément de travaux portant sur la didactique de la mécanique, pire, l'expérience sur laquelle porte mon mémoire appartient à la mécanique, et ma foi, ça devient petit à petit intéressant... 

En ce moment je lis le livre d'Einstein : l'histoire des idées, le chapitre sur les champs où il reparle de mécanique en introduisant les référentiels galiléens. Bah oui, parce qu'en fait, jusqu'à cette partie là de l'histoire, il n'en parle pas. Il fait de la mécanique sans préciser : on considère que la Terre est un référentiel galiléen. Sacrilège, mais il n'a pas le droit!!! Tous les cours de mécanique depuis la première commencent par cette précision, même si on ne voit pas à quoi ça sert, on sait que le principe d'inertie n'est valable que dans un tel référentiel, et on sait qu'en général la Terre, c'est bon. 

En fait, je trouve ça très intéressant. Le physicien sait que dans l'énoncé moderne du principe d'inertie, il faut préciser le référentiel, mais l'élève de lycée n'a pas besoin de cette précision pour le moment. Il peut apprendre qu'un objet soumis à des forces qui se compensent ne change pas sa vitesse. C'est à dire qu'un livre sur une table soumis à son poids et à la réaction de la table ne bouge pas, et que si il n'y avait pas de frottement, que je coupais le moteur de ma voiture, je roulerai indéfiniment à la même vitesse sur une route horizontale. 

Mais le physicien n'aime pas qu'on enseigne des trucs qui ne sont pas toujours vrai, ben oui, dans le train qui tourne, ma valise, elle tombe! Que dire? Que faire?

Un choix pédagogique pourrait être  : 

1. D'énoncer le principe d'inertie sans parler de référentiel galiléen, ni de changement de référentiel, ni même de référentiel.Les élèves disposeront alors d'un certains temps pour appréhender le principe en le mettant en œuvre dans un certain nombre de situations.
2. Dans un deuxième temps on pourrait aborder le mouvement de translation (le contrôleur de train sur le quai et celui dans le train), et donc introduire la nécessité d'un système de coordonnées et d'un référentiel. On traitera alors les problèmes des changements de référentiel en ne prenant qu'une classe de référentiel en translation uniforme les uns par rapport aux autres.
3. Et puis enfin,  en prenant l'exemple du train qui tourne et qui fait tomber la valise, on montrera que tous les référentiels ne sont pas équivalents et on définira les référentiels galiléens.

Bip bip...!

Schéma du montage

Cette expérience, T me l'a décrite au téléphone la veille du montage de physique à l'agrégation. Et ça m'a tellement amusée que le lendemain matin, quand j'ai eu le choix entre le montage 1 et un montage vers les 30, surement plus intéressant, avec beaucoup plus de physique, j'ai choisi de jouer, et d'essayer cette manip qui avait l'air rigolote.

L'idée c'est qu'avec un bout de ficelle, un cutter et un petit pot rempli de sable, vous pouvez amuser la galerie et faire que tout le jury se lève comme un seul homme pour voir le résultat de vos exploits! (bon pour le reste du montage, ça a été un fiasco sans nom... )

Aujourd'hui je pense réutiliser cette manip pour un TP sur le rôle des incertitudes : quelle précision a-t-on sur la prévision du point de chute de la masse? Du coup ça a été l'occasion de m'amuser un peu avec AI :)

Histoire de moments, de couple...

C'est un titre qui ferait presque envie, qui ne parlerait presque pas de physique.... Et c'est bien ça le problème, car c'est de la physique, pas la plus facile, de la mécanique des solides, et comme on connait pas vraiment la mécanique du solide, et bien à ces mots, certains étudiants ont beaucoup de mal à accrocher quelque chose qui fasse du sens en physique. 

Moi, c'est pas mon cours, je fais de l'électromag cette année, oui mais en magnétisme, on a fichtrement besoin des moments, des couples, des produits vectoriels... Et ça, ça me gâche la physique!

Donc ce matin j'ai essayé de mettre de la physique sur le moment, je vais vous donner quelques morceaux, ils ont pris leur liberté par rapport au savoir savant, mais parfois ça vaut le coup de construire une connaissance intermédiaire, un peu éloignée du vrai sens, pour permettre aux étudiants d'appréhender le concept, on raffinera ensuite : 

• Un moment, c'est ce qui fait tourner les objets ; et le "ce", il faut le prendre comme une force, c'est à dire que si on l'applique à un objet, et bien sa vitesse de rotation change
  Un exemple : quand on dévisse une bouteille, quand on dévisse un écrou, ou l'inverse, quand on utilise un levier...
• Un moment, c'est un vecteur dont : 
• La direction c'est l'axe de rotation (ça en général c'est faux, sauf si au départ le solide est immobile)
• Le sens, ça définit le sens de rotation avec la règle du tire bouchon
• La norme ça définit de "combien on force", plus la norme est grande, plus on va réussir à dévisser un écrou/bouchon, la norme du moment elle est proportionnelle : 
• À la force que l'on applique, plus on force, plus on devrait réussir à dévisser l'écrou (si tant est qu'on force dans le bon sens)
• Au bras de levier : plus on utilise un grand bras de levier, plus on a de force pour dévisser
• Et pour visualiser la chose, et bien j'utilise un stylo sur lequel j'applique une force et qui est fixe à un bout, et à ce bout, on prend des stylos de taille différente selon la force que j'applique et à quelle distance je l'applique. 

Bon, je n'ai aucune idée de ce que vaut cette ingénierie didactique inventée ce matin aux yeux des vrais didacticiens, mais j'ai vu que ça avait fait tilt chez la plupart des étudiants de mon cours qui bloquaient sur ce point.