Auteur
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CALDAS, Héléna
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Titre
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Le frottement solide sec : le frottement de glissement et de non-glissement.
Études des difficutlés des étudiants et analyse de manuels.
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Type
Spécialité
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Thèse 3e cycle,
Didactique de la physique
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Date, université, laboratoire d'accueil
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21 mars 1994, Université Paris 7
LDPES
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Directeur(s)
Membres du jury
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Saltiel E.,
Gazeau J.-P., Séré M.-G., Sequeira M., Garecel J.
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Descripteurs
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physique, mécanique, frottement, conception, manuel
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Résumé
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Ce travail porte sur les difficultés rencontrées par
des étudiants lors de l'étude de situations physiques où interviennent
les phénomènes de frottement de glissement (frottement cinétique) et de
frottement de non glissement (frottement statique) entre les zones de
contact non lubrifiées des solides en présence (flottement solide sec).
La recherche prend appui sur une "analyse a priori" (l'étude du frottement
du point de vue physique et du point de vue didactique, une mini-enquête
exploratoire, des observations empiriques en classe au cours d'un enseignement
sur les frottements et une analyse partielle du manuel de référence utilisé
par les étudiants et les professeurs) où un certain nombre de questions
et d'hypothèses de travail sont explicitées.
La deuxième partie est consacrée à l'analyse des résultats de questionnaires
papier-crayon proposés à des populations différentes (différents pays
d'origine et différents niveaux d'études), questionnaires construits afin
de tester nos hypothèses. Ces analyses aboutissent à une description aussi
synthétique que possible des idées et des raisonnements des étudiants
sur le frottement solide. Les raisonnements des étudiants ont les caractéristiques
principales suivantes : tout se passe comme s'il existait, pour les étudiants,
un phénomène unique de frottement (non-distinction entre frottement statique
et frottement cinétique) représenté par une résultante unique des forces
de contact (non-application de la troisième loi de Newton), résultante
localisée à l'interface ("entre" les solides) et qui n'agit que sur le
solide qui se trouve au-dessus de l'interface (effet dessus-dessous).
Cette force unique a un sens bien défini, déterminé à partir du sens des
mouvements effectifs (donnés) des solides étudiés : cette force unique
s'oppose toujours aux mouvements effectifs ou "vrai" des solides (les
mouvements relatifs des solides ne sont pas pris en compte). Le frottement
fonctionne, pour les étudiants, comme s'il existait entre les solides
en contact un "lien" qui assure une certaine "adhérence" entre ces solides,
"adhérence" qui, d'une part freine les solides (effet résistif : il est
impossible que la force de frottement ait un rôle moteur) et qui, d'autre
part permet à un solide "passif" d'être entraîné par le solide "moteur"
sans que ne s'exerce explicitement sur lui une force dans le sens du mouvement
(effet d'entraînement).
Une troisième étape consacrée à l'étude critique d'un assez grand nombre
de manuels de différents types d'enseignement (secondaire, technique et
supérieur) montre que la grande majorité des manuels n'aide vraiment pas
les étudiants à remettre en cause leurs idées sur le frottement solide
et, même souvent, contribue à les renforcer.
La dernière partie du travail concerne quelques suggestions pédagogiques
sur des points "délicats" dégagés au cours de la recherche, suggestions
qui sont aussi un plaidoyer en faveur d'un enseignement plus complet et
moins ambigu sur le phénomène de frottement solide sec.
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Références
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Publications
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Caldas H. (1993). Les étudiants et le frottement solide, in Actes
du 3e séminaire national de recherche en didactique des sciences
physiques, Toulouse, 37-50.
Caldas H., Saltiel E., (1995). Le frottement cinétique :
analyse des raisonnements des étudiants, Didaskalia, 6,
55-71.
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Mémoire
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mémoire : 164 pages.
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