Détermination de l’intensité d’une force
(Laurence Hilaire et Antoine Ridoin)
Contextualisation :
Dans certaines stations de sport d’hiver, les skieurs débutants utilisent une télécorde (ou fil neige) pour remonter la piste.
Crédit photo N Joly OT Les Gets
Le dispositif est constitué d’une corde parallèle à la piste et entrainée par deux poulies tournant à vitesse constante dans le référentiel terrestre.
Corde
Inclinaison de la piste : = 10 °
Schéma :
Données : masse de 30 kg
absence de force de frottements,
Forces en présence : Poids ,
Réaction du sol (considérée comme perpendiculaire à la piste)
Traction de la corde (considérée comme parallèle à la piste) Remarque :
Les forces représentées ci-contre ne sont pas à l’échelle.
Problématique :
Déterminer l’intensité de chaque force s’exerçant sur le skieur.
Pour répondre à cette problématique, vous devrez :
• utiliser le principe de l’inertie pour trouver une relation liant ces trois forces,
• élaborer une méthode permettant de calculer l’intensité des forces et .
Organisation : en classe entière
Rôle des élèves Rôle du professeur
5 min Présentation de l’activité
15 min
Travail individuel :
lecture du document ;
réponse à la première question ;
recherche d’une méthode de résolution ;
Circulation dans la classe ;
Réponse à d’éventuelles questions
35 min
Travail en îlots :
mise en commun des recherches ;
discussion et choix d’une stratégie de résolution ;
élaboration de la méthode de résolution;
rédaction du compte-rendu.
Circulation dans la classe ;
Questionnement pour aide au choix d’une stratégie ;
Suivi des méthodes ;
Distribution de coup de pouce si nécessaire.
Séance suivante : projection des méthodes proposées et discussion
Coups de pouce pour la question 2
Coup de pouce question 2 différents en fonction de la méthode choisie : à priori, 3 alternatives
Méthode graphique
Méthode en utilisant un repère R1
Méthode en utilisant un repère R2 suivant l’inclinaison de la pente
Méthode de résolution graphique
• Faire un schéma soigné : l’inclinaison de la pente doit être réalisée à l’aide d’un rapporteur.
• Choisir une échelle pour les forces.
• Donner la direction, le sens et l’intensité du vecteur .
• Tracer le vecteur résultant .
• Mesurer les intensités des deux forces sur le schéma.
Méthode de résolution grâce au repère R1
• Faire un schéma soigné en reportant toutes les forces à l’origine du repère et en indiquant les angles.
• Trouver les coordonnées de chaque force (ou projeter).
Point maths
Méthode de résolution grâce au repère R2
• Faire un schéma soigné en reportant toutes les forces à l’origine du repère et en indiquant les angles.
• Trouver les coordonnées de chaque force (ou projeter).
Comparaison des méthodes
Construction
graphique Utilisation du repère
R1 Utilisation du repère R2
• Méthode la plus facile à mettre en œuvre.
• Repère connu de l’élève.
• Angle facile à identifier
•Projection assez facile
• Une seule force à projeter.
•Résolution
mathématique simple.
•Résultats dépendant de la qualité de la construction.
• Savoir utiliser un rapporteur.
• Avoir avec soi son matériel.
•Résolution très
difficile. • Repère déstabilisant pour un élève,
• Angle difficile à déterminer
