Soutenance mémoire
La mécanique de newton
Nous commençons par quelques extraits des « Principia » de Newton de façon, d’une part à exposer les trois lois de Newton, et d’autre part à montrer l’évolution de la « place » accordée à l’énoncé de ces lois, depuis l’origine jusqu’à nos jours. Il s’agit donc de mettre en lumière quelques évolutions temporelles des énoncés de ces lois. Le lecteur pourra, à travers cette première partie, s’imprégner des différences (dont on ne cherche pas à identifier les origines avec précision) dans les énoncés des lois de Newton avec deux livres « récents ». Nous avons choisi ces deux livres parmi ceux destinés aux étudiants de CPGE, qui reflètent peu ou prou, les choix de présentation des lois précitées, de la majorité des autres ouvrages :
♦ L’un de mécanique, issus d’une série de huit ouvrages de référence couvrant la totalité du programme des deux années de CPGE, paru en 1985, bien connus des agrégatifs des années 90 (et des autres) : les « Bertin-Faroux-Renault (B.F.R.) ».
♦ L’autre « généraliste » qui couvre en un seul volume, la totalité du programme de première année de CPGE (c’est la tendance actuelle, certains allant même jusqu’à couvrir l’ensemble des programmes de plusieurs disciplines) : « physique PCSI » de Bauduin paru en 2017, donc concernant les « nouveaux étudiants ».
Ces extraits, ne préjugent en rien de la qualité des ouvrages concernés, mais nous permettent seulement de rendre compte de l’évolution des énoncés concernant les lois de Newton qui sont au cœur de notre test conceptuel. On peut remarquer en particulier la puissance du langage mathématique utilisé et surtout la complexité des informations contenues dans ce dernier.
Extraits des principes mathématiques de la philosophie naturelle (Edition de 1726 traduit par Gabrielle Emilie de Breteuil, Marquise du Châtelet réédité en 2005)
Remarque préliminaire : nous ne reprenons pas ici, l’intégralité des vingt-quatre premières pages, qui sont consacrées à la présentation des trois lois avec bon nombre de « mise en garde » quant à l’utilisation de ces lois.
➤ Extraits pris parmi les définitions (p. 3 et 4)
Définition III :
La force qui réside dans la matière (vis insita) est le pouvoir qu‘elle a de résister. C’est par cette force que tout corps persévère de lui-même dans son état actuel de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite.
Cette force est toujours proportionnelle à la quantité de matière des corps, et elle ne diffère de ce qu’on appelle l’inertie de la matière, que par la manière de la concevoir : car l’inertie est ce qui fait qu’on ne peut changer sans effort l’état actuel d’un corps, soit qu’il se meuve, soit qu’il soit en repos, ainsi on peut donner à la force qui réside dans les corps le nom très expressif de force d’inertie. Le corps exerce cette force toutes les fois qu’il s’agit de changer son état actuel, et on peut la considérer alors sous deux différents aspects, ou comme résistante, ou comme impulsive : comme résistante, en tant que le corps s’oppose à la force qui tend à lui faire changer d’état ; comme impulsive, en tant que le même corps fait effort pour changer l’état de l’obstacle qui lui résiste. On attribue communément la résistance aux corps en repos ; et la force impulsive à ceux qui se meuvent ; mais le mouvement et le repos, tels qu’on les conçoit communément, ne sont que respectifs : car les corps qu’on croit en repos ne sont pas toujours dans un repos absolu.
Définition IV :
La force imprimée (vis impressa) est l’action par laquelle l’état du corps est changé, soit que cet état soit le repos, ou le mouvement uniforme en ligne droite.
Cette force consiste uniquement dans l’action, et elle ne subsiste plus dans le corps dès que l’action vient à cesser. Mais le corps persévère par sa seule force d’inertie dans le nouvel état dans lequel il se trouve. La force imprimée peut avoir diverses origines, elle peut être produite par le choc, par la pression, et par la force centripète.
➤ Extraits pris parmi les axiomes (p. 13 et 14)
Première loi
Tout corps persévère dans l’état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, à moins que quelque force n’agisse sur lui, et ne le contraigne à changer d’état.
Les projectiles par eux-mêmes persévèrent dans leurs mouvements, mais la résistance de l’air les retarde, et la force de la gravité les porte vers la Terre. Une toupie, dont les parties se détournent continuellement les unes les autres de la ligne droite par leur cohérence réciproque, ne cesse de tourner, que parce que la résistance de l’air la retarde peu à peu. Les planètes et les comètes qui sont de plus grandes masses, et qui se meuvent dans des espaces moins résistants, conservent plus longtemps leurs mouvements progressifs et circulaires.
Loi II
Les changements qui arrivent dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice, et se font dans la ligne droite dans laquelle cette force a été imprimée.
Si une force produit un mouvement quelconque, une force double de cette première produira un mouvement double, et une force triple un mouvement triple, soit qu’elle est été imprimée en un seul coup, soit qu’elle l’ait été peu à peu et successivement, et ce mouvement, étant toujours déterminé du même côté que la force génératrice, sera ajouté au mouvement que le corps est supposé avoir déjà, s’il conspire avec lui ; ou en sera, retranché, s’il lui est contraire, ou bien sera retranché ou ajouté en partie, s’il lui est oblique ; et de ces deux mouvements il s’en formera un seul, dont la détermination sera composée des deux premières.
Loi III
L’action est toujours égale et opposée à la réaction ; c’est-à-dire, que les actions de deux corps l’un sur l’autre sont toujours égales, et dans des directions contraires.
Tout corps qui presse ou tire un autre corps est en même temps tiré ou pressé lui-même par cet autre corps. Si on presse une pierre avec le doigt, le doigt est pressé en même temps par la pierre. Si un cheval tire une pierre par le moyen d’une corde, il est également tiré par la pierre : car la corde qui les joint et qui est tendue des deux côtés, fait un effort égal pour tirer la pierre vers le cheval, et le cheval vers la pierre ; et cet effort s’oppose autant au mouvement de l’un, qu’il excite le mouvement de l’autre. Si un corps en frappe un autre, et qu’il change son mouvement, de quelque façon que ce soit, le mouvement du corps choquant sera aussi changé de la même quantité et dans une direction contraire par la force du corps choqué, à cause de l’égalité de leur pression mutuelle. Par ces actions mutuelles, il se fait des changements égaux, non pas de vitesse, mais de mouvement, pourvu qu’il ne s’y mêle aucune cause étrangère ; car les changements de vitesse qui se font de la même manière dans des directions contraires doivent être réciproquement proportionnels aux masses, à cause que les changements de mouvement sont égaux.
|
Table des matières
Introduction générale
Contexte
Problématique et questions de recherche
Première partie : Etat de l’art – Positionnement
Chapitre 1 – La mécanique de newton
1.1. Extraits des principes mathématiques de la philosophie naturelle Edition de 1726 traduit par Gabrielle Emilie de Breteuil, Marquise du Châtelet réédité en 2005)
1.2. Extraits du manuel « Mécanique 1 » de Bertin et al. (1985)
1.3. Extraits du manuel « Physique PCSI » de Bauduin et al. (2017)
1.4. Conclusion
Chapitre 2 – Les conceptions « des » étudiants
2.1. Conception
2.2. Tests conceptuels en mécanique « élémentaire »
2.3. Les conceptions dans notre étude
2.4. Positionnement par rapport à certaines inférences
2.5. Conclusion
Chapitre 3 – Le possible développement professionnel des enseignants
3.1. La pédagogie universitaire en complément de la didactique
3.2. Le développement professionnel
3.3. Identité professionnelle des enseignants de physique
3.4. Attention aux tensions chez les enseignants
3.5. Réceptivité à la didactique des enseignants
3.6. Conclusion
Partie 2 : Test conceptuel – occurrence de raisonnement d’étudiants
Chapitre 4 – Le test conceptuel
4.1. Méthodologie pour l’adaptation du test conceptuel FMCE
4.2. Sujets concernés par la passation du test conceptuel adapté
Chapitre 5 – Résultats au test conceptuel en fonction de données génériques
5.1. Méthodologie pour l’utilisation des tests statistiques
5.2. Résultats en fonction de données génériques
Chapitre 6 – Résultats sur le plan des conceptions
6.1. Evolution de l’adhérence force-vitesse
6.2. Particularité des mouvements rectilignes uniformément accélérés et décélérés
Conclusion
Perspectives
Partie 3 : Réceptivité des enseignants du supérieur aux résultats d’étudiants à un test conceptuel sur la mécanique de Newton
Chapitre 7 : Méthodologie
7.1. Elaboration du document distribué aux ES
7.2. Choix des enseignants interviewés
7.3. Déroulement des entretiens
7.4. Analyse des transcriptions – catégorisation
7.5. Construction des sous-catégories
Chapitre 8 : Présentation des catégories émergentes et les sous-catégories associées
8.1. La catégorie principale (1) RSE
8.2. La catégorie principale (2) RSR
8.3. La catégorie principale (3) RQ
8.4. La catégorie principale (4) ID
8.5. La catégorie principale (5) RER
8.6. La catégorie principale (6) PP
Chapitre 9. Résultats
9.1. Etablissement de critères d’analyse
9.2. Résultats par catégorie
9.3. Discussion et conclusion
Chapitre 10 : Modèle de l’œil attristé d’un didacticien
10.1. Introduction au modèle
10.2. Une partie essentielle du modèle : la flèche des savoirs
10.3. Utilisation du modèle pour l’interprétation de la catégorie (5) issue de notre grille d’analyse
10.4. Utilisation du modèle pour l’interprétation d’un écart entre le savoir propre des enseignants et la perception de ce savoir propre par l’institution
10.5. Potentiel du modèle – Perspectives
Chapitre 11 : Conclusion
Conclusion générale
