Scénario pédagogique n°1 : Première partie : Que se passe-t

Scénario pédagogique n°1 :
Première partie : Que se passe-t-il au cours d’une collision ?
Objectifs visés :
 Connaissances disciplinaires :
Retenir que, lors d’un choc, l’énergie de mouvement (énergie cinétique) engendre des déformations du véhicule ;
Retenir que l’énergie cinétique dépend de la masse de l’objet en mouvement et de sa vitesse ;
Connaître la formule Ec = ½ m v².
 Compétences expérimentales :
Proposer un protocole expérimental répondant à un problème donné ;
Savoir énoncer les résultats possibles et leur conclusion sur le problème étudié.
Etapes de la démarche
Modalités :
 en vert : travail demandé aux élèves ;
 en rouge : éléments du cours ;
 en bleu : travail du professeur.
Outils pour le professeur
Présentation du
problème
Situation déclenchante
Le professeur présente les vidéos de crash-test. Il précise que les
conclusions que l’on pourra tirer à partir de ces vidéos sont valables
uniquement pour des chocs frontaux. Les vidéos représentent les chocs
frontaux de trois véhicules lancées à 25 km/h, 50 km/h et 75 km/h.
Les élèves notent sur leur cahier les observations concernant les chocs.
Observations attendues :
Lors d’un choc, la voiture se déforme.
Plus la vitesse est grande, plus les déformations sont importantes.
Apport théorique
Les vidéos ont été tournées
à Lyon dans les
laboratoires de l’INRETS à
l’aide de caméra à 1000
images par seconde.
 Vidéos choc à 25
km/h
 Vidéos choc à 50
km/h
 Vidéos choc à 75
km/h
 Diaporama
regroupant les trois
vidéos (en .doc, en
.docx, en .odp)
Le professeur introduit la notion d’énergie cinétique : pour expliquer ces
phénomènes, on dit qu’un véhicule possède, lorsqu’il se déplace une
énergie appelée énergie cinétique.
Quand il s’arrête (comme lors d’un choc), cette énergie cinétique
disparaît. Elle est transformée en énergie thermique essentiellement au
niveau des freins, et s’il y a collision, en déformations.
Diagrammes énergétiques :
En cas de freinage sans collision
en cas de freinage et de collision
Questionnement
Afin de mieux comprendre ce qui se passe au cours d’une collision, on
cherche à savoir de quoi dépend l’énergie cinétique d’un véhicule.
Le professeur note alors la question au tableau et il indique que l’on se
place dans le cas extrême où il n’y a pas de freinage. Toute l’énergie
cinétique est donc transformée en déformations
scénario pédagogique n° 1
Elaboration
d’hypothèses
Elaboration d’un
moyen de répondre
( protocole
expérimental,
recherche
documentaire…..)
Investigation
expérimentale ou autre
Hypothèses attendues : l’énergie cinétique dépend de la masse. D’après
les premières observations, l’énergie cinétique dépend également de la
vitesse.
On attend des élèves le protocole suivant :
On lance des voitures identiques (même masse) à différentes vitesses et
on mesure les déformations.
On lance des voitures de différentes masses à une même vitesse.
Attention le professeur doit laisser émerger les idées des élèves. Il doit
amener les élèves par le débat à imaginer deux séries d’expériences,
l’une portant sur la vitesse et l’autre sur la masse.
Une fois cette étape effectuée, le professeur montre le dispositif utilisé :
il insiste sur le fait que la déformation est plus simple que dans le cas
réel (déformation unidimensionnelle) dans un souci de simplification.

Le professeur montre alors les vidéos aux élèves. Ceux-ci notent les
valeurs correspondantes dans les tableaux correspondant puis tracent les
graphiques demandés.



Recherche d’une
formule de l’énergie
cinétique
Selon le niveau de la classe, on peut demander aux élèves de faire le
même travail par informatique en utilisant un tableur (convergence
éventuelle avec les professeurs de mathématique (proportionnalité et
non proportionnalité) et de technologie (tableur).
Les conclusions que l’on peut faire sont les suivantes :
L’énergie cinétique dépend de la masse du véhicule. Plus la masse est
grande, plus l’énergie cinétique est importante. En particulier, si la
masse est doublée, l’énergie cinétique l’est aussi. On voit en outre qu’en
positionnant les points du graphique « énergie cinétique en fonction de
la masse », l’allure de la courbe est celle d’une droite passant par
l’origine. Ainsi on peut dire que l’énergie cinétique est proportionnelle à
la masse du véhicule pour une vitesse donnée.
L’énergie cinétique dépend de la vitesse du véhicule. Plus la vitesse est
grande, plus l’énergie cinétique est importante. Par contre l’allure du
graphique «énergie cinétique en fonction de la vitesse » n’est pas celle
d’une droite. Ainsi l’énergie cinétique n’est pas proportionnelle à la
vitesse.
En particulier si la vitesse est doublée, l’énergie cinétique est multipliée
par quatre.
Cette étape est optionnelle. Elle convient à des classes d’un bon niveau.
Le but de cette partie est de montrer que l’on recherche une formule
permettant de calculer l’énergie cinétique au lieu de l’évaluer lors de
crash-test.
Le travail demandé peut être effectué par les élèves à la maison.


Lien vers la page
internet
regroupant les
différentes
vidéos ;
Diaporama
professeur ;
Fiche élèves TP
observations.
Fiche méthode
« construire un
graphique » ;
Fiche élève
informatique TP ;
Fiche TD
professeur
scénario pédagogique n° 1
Institutionnalisation,
Acquisition,
Structuration des
connaissances.
Possibilité n°1 :
Le professeur a fait noter aux élèves dans leur cours la formule de
l’énergie cinétique.
Le professeur propose aux élèves de vérifier si la formule du cours
correspond bien aux résultats expérimentaux.
Il distribue la fiche travail.
Une fois les calculs faits, les élèves tracent les graphiques correspondant
et ils indiquent en conclusion si les graphiques expérimentaux
(« déformations en fonction de la masse » et « déformations en fonction
de la vitesse ») et les graphiques obtenues par l’utilisation de la formule
de l’énergie cinétique correspondent bien.
En particulier, le professeur montre que l’on retrouve bien par le calcul
le fait que l’énergie cinétique est multipliée par quatre alors que la
vitesse est multipliée par deux.
Possibilité n°2 :
Le cours indiquant la formule de l’énergie cinétique n’est pas encore
écrit. Le professeur partage la classe en deux groupes : l’un effectuera
les calculs et les graphiques avec la formule correcte de l’énergie
cinétique ; l’autre effectuera les calculs et les graphiques avec une
formule fausse (Ec = m v).
La mise en commun présente bien la formule Ec= ½ m v² comme étant
conforme aux expériences. Elle est ensuite notée dans le cours.

Possibilité n°3 :
Il s’agit de faire la même démarche que lors de la possibilité n°2 mais
c’est le professeur qui montre les calculs et les graphiques
correspondant à l’aide d’un tableur par vidéo projection.





Fiche élèves
calculs ;
Fiche professeur
calculs.
Fiche élèves
calculs formule
Ec= ½ m v² ;
Fiche élèves
calculs formule
Ec = mv ;
Fiche professeur
calculs.
Fiche professeur
tableur.
Cours :
L’énergie cinétique d’un véhicule roulant à la vitesse v et possédant une
masse m se calcule d’après la formule suivante :
Ec= ½ m v²
où v est la vitesse en mètre par seconde (m/s), m la masse du véhicule
en kilogramme (kg) et Ec l’énergie cinétique en joule (J).
Fiches méthodes :
 Convertir en m/s une vitesse donnée en km/h ;
 Appliquer une formule ;
Exercices :
 Fiche élèves exercices;
 Fiche professeur exercices ;
 Exercices Didapages :
Ces exercices peuvent être effectués en classe (salle informatique) en autonomie (autocorrection). Ils
peuvent être effectués par les élèves à la maison par internet.
Evaluation de la démarche expérimentale
 Fiche élève ;
 Fiche professeur.
Evaluation par compétences
 Fiche élève ;
 Fiche professeur.
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