Professeur expérimentateur

• David LATOUCHE
• Lycée Saint-Exupéry
• Mantes-la-Jolie (78)

Niveau - Thèmes

• Lycée
• Première (spécialité physique-chimie)

Introduction

Cette activité propose d’aborder les concepts d’énergie potentielle de pesanteur, d’énergie cinétique en vue de pouvoir discuter de l’éventuelle conservation de l’énergie mécanique, en particulier pour identifier des phénomènes dissipatifs.

Compétences

• S’APPROPRIER :
  • - Relier entre elles des informations d’ordre théorique
• ANALYSER :
  • Proposer les étapes d’une résolution.
  • Repérer ou sélectionner des informations utiles.
• RÉALISER :
  • Ecrire un résultat de façon adaptée
• VALIDER :
  • Discuter de la validité d’une information.
• COMMUNIQUER :
  • Décrire clairement une démarche suivie.
  • Formuler une réponse compréhensible
  • Utiliser un vocabulaire adapté

CRCN - Compétences Numériques

• Ecrire des programmes et des algorithmes pour répondre à un besoin (automatiser une tâche répétitive, accomplir des tâches complexes ou chronophages, résoudre un problème logique...) et pour développer un contenu riche (jeu, site web...) avec des environnements de développement informatique simples, des logiciels de planification de tâches....

Notions et contenus du programme

• Notions et contenus :
  • Énergie mécanique. Conservation et non conservation de l’énergie mécanique. Gain ou dissipation d’énergie.
• Compétences exigibles :
  • Identifier des situations de conservation et de non conservation de l’énergie mécanique. Exploiter la conservation de l’énergie mécanique dans des cas simples : chute libre en l’absence de frottement, oscillations d’un pendule en l’absence de frottement, etc…
• Capacité numérique :
  • Utiliser un langage de programmation pour effectuer le bilan énergétique d’un système en mouvement.

Objectif(s) pédagogique(s)

• S’approprier la notion d’énergie mécanique et sa conservation ou non conservation.
• S’initier à la programmation en langage PYTHON ou concevoir une feuille calculs dans un tableau-grapheur.

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

• S’approprier la notion d’énergie mécanique. Comprendre sa conservation ou non conservation.

Description succincte de l’activité

Les élèves, après avoir lu le document et avoir répondu aux premières questions, réalisent un programme PYTHON ou une feuille de calculs dans un tableur-grapheur, simulant une chute libre. Le programme et la feuille de calculs doivent permettre d’afficher l’évolution temporelle des différentes énergies de la nacelle. Une analyse critique du document est ensuite demandée (comparaison entre le modèle théorique de la chute libre et la réalité). Des aides sous forme de jokers peuvent être distribuées aux élèves si nécessaire en fonction des difficultés exprimées ou repérées.

Découpage temporel de la séquence

Séquence de 2 H 00 en demi-groupe (TP).

Pré-requis

Energie cinétique et énergie potentielle de pesanteur

Outils utilisés / Matériel

• Ordinateur doté d’un IDE PYTHON
  OU
• Tableur grapheur

Gestion du groupe - Durée estimée

• Demi-groupe : séquence de 2 H 00.

Retour d’expérience

• L’utilisation d’un tableur-grapheur est globalement bien maîtrisée par tous les élèves et leur permet d’obtenir assez rapidement les courbes énergétiques. Cela leur permet de dégager du temps pour l’interprétation des transferts d’énergie.
• Les élèves ont été plutôt enthousiastes lors de leur découverte de la programmation en PYTHON. Il a fallu cependant les guider de A à Z pour réaliser le code PYTHON car n’ayant jamais utilisé ce langage de programmation avant. La rigueur dans la rédaction du programme les a surpris.

• Les élèves n’ayant jamais codé en PYTHON, j’ai pris le parti pris de leur distribuer le joker en leur expliquant les éléments de programmation au fur et à mesure. Difficile dans ce cas d’avoir une activité permettant une réelle autonomie des élèves. Tous découvraient PYTHON : environ 75 % d’entre eux ont eu un code fonctionnel en fin de séance permettant l’affichage des courbes énergétiques.
• Le temps passé a programmer durant la séance s’est fait au détriment de l’interprétation physique du phénomène. Il n’a pas en effet été possible de dégager du temps en classe ou dehors de la classe pour former les élèves aux rudiments de PYTHON compte-tenu du programme chargé de 1S en physique-chimie. Cela ne devrait plus être le cas à partir de la rentrée de septembre 2019 car la programmation PYTHON fera partie intégrante de l’enseignement de physique-chimie et des nouveaux enseignements SNT (2nde) et NSI (1ère et Tle).

• La rigueur nécessaire au codage de la situation physique observée.
• L’affichage des transferts d’énergie sous forme graphique.
• La meilleure appropriation des différents types d’énergie (cinétique, potentielle de pesanteur, mécanique) au travers de leur programmation.
• Pour coder correctement une situation physique il faut bien la comprendre.

• Les différentes énergies peuvent être traitées en PYTHON sous la forme de fonctions. Cela simplifie leur réutilisation y compris dans des programmes plus complexes.
• On peut, à partir des données issues d’un pointage vidéo et enregistrées sous la forme d’un fichier CSV, envisager un traitement énergétique avec un programme PYTHON. On passe ainsi d’une approche de type simulation à celle de l’exploitation de données réelles.

L’ensemble des documents de la séquence