L'Enseignement des Sciences doit être expérimental
A PROPOS DE LA LEÇON DE MECANIQUE
/« L'action d'une force ne dépend pas que de son intensité. Notion de moment d'une force par rapport à un axe. »
(Première année. Nouveaux p r o g r a m m e s de Sciences.) —• Une observation courante :
La porte de la classe é t a n t ouverte, les élèves sont invités à observer que les forces P I , F2, F3, appliquées successivement en A, B, C, nécessaires pour refermer la porte, varient en raison inverse des distances OA, OB, <5c des points d application à l'axe-charnière XY.
en général (par suite des frottements trop grands et des liaisons trop imparfaites), de donner à
l'expé-Fig. 1
Ces forces sont nécessaires pour vaincre les f r o t t e m e n t s qui, dans les trois cas, sont identiques. D a n s le cas d'un corps qui tourne, l'action d'une force ne dépend donc pas que de son intensité. Or, dans l'industrie, les forces provoquent très sou-vent des mouvements de rotation. Il est donc inté-r e s s a n t d'établiinté-r la inté-relation entinté-re la ginté-randeuinté-r de la force appliquée et sa distance à l'axe de rotation. — Les dispositifs expérimentaux décrits dans la plupart des ouvrages classiques (la règle plate, par
exemple, mobile autour d'un axe horizontal, et à laquelle on suspend des poids), ne permettent pas,
rience ce caractère de perfection que nous devons rechercher chaque fois que c'est possible, pour nous
Fig. 5
pouvons dès lors préciser la définition du moment étudié (une classe moyenne y arrive facilement) :
Le moment de P par rapport à l'axe x'x est le On donne au produit 0 A X P le nom de moment
du poids P par rapport à l'axe x'x du fléau. On l'écrit :
H T :,;\x = "OÂ X P
Les poids P qui équilibrent la torsion du ressort de l'appareil ont donc tous même moment par rapport à x'x.
— Replaçons le poids P = 50 g. de f a ç on à obtenir l'horizontalité du fléau. Tournons la chape autour de la noix de fixation N. La barre reste horizontale mettre à l'unisson des mesures et des t r a v a u x d'ate-lier, ou des observations faites sur les organes de machines-outils en mouvement. La balance de Ginat permet de réaliser de très belles expériences et des mesures intéressantes que les élèves peuvent f a i r e eux-mêmes.
— On prend le fléau de la balance, c'est une barre graduée, mobile autour d'un axe horizontal monté sur roulements à billes. Un ressort spiral peut être fixé à cet axe par son extrémité centrale. L'autre extrémité est fixée à une goupille solidaire de la chape. La force exercée par le ressort sur l'axe peut être réglée à l'intensité voulue en l'enroulant plusieurs fois autour de l'axe avant de le fixer à la chape.
Quand la barre n'est soumise qu'à la torsion du ressort, elle s'incline de droite à gauche. Pour ra-mener la barre à la position horizontale, il f a u t exercer une force. F a i r e vérifier aux élèves que cette force varie avec la position du doigt sur la barre.
Nous allons préciser numériquement ces forces. Cherchons, par tâtonnement, à rendre la barre hori-zontale en déplaçant un poids de 50 g. par exemple, et en r a m e n a n t l'aiguille au zéro du cadran. Mesu-rons OÂ7 Remplaçons le poids de 50 g. par des poids P successifs de 40 g., 30 g., 25 g., 20 g., etc., et mesurons chaque fois les distances U Â . A mesure que les poids P diminuent, les valeurs de ÔA aug-mentent. En particulier, quand P passe de 50 g. à 25 g., OA double. Il est intéressant de calculer les différents produits Ô Â X P. Aux erreurs d'expé-rience près (et ici elles sont vraiment très faibles),
ce produit est constant (fc).
m a i s l'aiguille n'est plus au zéro du cadran qui a tourné. La torsion du ressort n'est plus la même. Elle a diminué. Pour lui rendre la même valeur que précédemment, il f a u t ramener l'aiguille au zéro. Nous constatons que pour cela il nous f a u t éloigner le poids du point O, jusqu'en A'. Si l'on a placé
une règle ou une tige horizontale fixe derrière le fléau, sur laquelle on a repéré le point A, on f a i t vérifier facilement que A' est sur la verticale de A (fil à plomb). Si nous exprimons le produit UX' X P, il est plus g r a n d que la constante k précédente, mais OA X P a conservé sa valeur k (Evidemment avec ces jeunes élèves on emploie les valeurs numériques). Le moment de P par rapport à l'axe x'x est OA X P et non OA' X P. Nous
A PROPOS DE L'ÉQUIPEMENT DU LABORATOIRE DU CENTRE
La balance Ginaî
(2)
produit de P par sa distance à l'axe x'x comptée suivant la perpendiculaire OA à la direction de la force P.
Unité : le mètre-kilogramme.
Remarques. — 1° On m o n t r e r a dans le dernier
cas expérimental que l'équilibre est stable. Déplacer la b a r r e de sa position d'équilibre, elle y revient. Cela surprend les élèves de Centre (et même les autres d'ailleurs) qui ont tendance à lier la notion d'équilibre à la notion d'horizontalité ;
2° Comme travail, on p o u r r a f a i r e tracer, à l'aide des résultats expérimentaux, la courbe P = f ( 0 3 ) ou 0 3 = f ( P ) ;
3° Une application numérique simple terminera la leçon et p e r m e t t r a de juger, en première appro-ximation, de la compréhension du sujet.
On calculera, par exemple, le moment de la force P appliquée à la clé droite, en A puis en B. On pourra ensuite poser la m ê m e question en rem-plaçant l'angle de 90° par un angle de 60° et en f a i s a n t simplement trouver sur le dessin la distance à considérer. On la calculera ou non selon le niveau des élèves (1).
J . LIGNON
Professeur de Sciences
Ecole Normale Nationale d'Apprentissage de Paris.
Nous équipons ou enrichissons le laboratoire de Centre !
Au moment de choisir une balance, je recom-mande à nos collègues des Centres de réfléchir a u x a v a n t a g e s de la balance Ginat, simple, robuste, moderne et qui « permet de mener à bien des expé-riences considérées à juste titr e comme des vérifi-cations, très aléatoires avec l'ancien matériel des collections scientifiques». (Ginat )
Elle est caractérisée p a r son fléau monté sur roulements à billes, ses p l a t e a u x amovibles, ses masses réglables pour déplacements du centre de gravité, sa suspension variable des plateaux.
Elle peut être fixée sur un support universel, à la hauteur convenable.
Elle permet une étude facile et t r ès suggestive des propriétés de la balance, de son centre de gravité, de sa sensibilité. Elle peut servir de balance hydrostatique de hauteur réglable. Démontée, elle sert à faire l'étude des leviers, les compositions de forces parallèles. Grâce au ressort spiral, elie per-met l'étude des moments de forces par r a p p o r t à l'axe de rotation.
Elle est donc susceptible de rendre de nombreux et g r a n d s services aux professeurs de sciences des Centres.
J. LIGNON
Professeur E.N.N.A., Paris.
( 1 ) L a conception d e l'expérience, dans ses grandes lignes, est de G i n a t , ancien élève de l'École Normale Supérieure, professeur agrégé au L y c é e du H a v r e , décédé trop prématurément. R e m a r q u a b l e expérimentateur et brillant pédagogue, l'un des promoteurs de l'enseigne-ment scientifique individualisé.
( 2 ) Constructeur : Lefèbvre, 3 0 , rue d e Tourville, L e H a v r e .
