Soutenance mémoire
La plupart des lycées à Madagascar rencontre des problèmes de manque ou d’insuffisance de matériels de laboratoire nécessaires pour l’enseignement et l’apprentissage des sciences physiques .Les cours sont devenus trop théoriques à cause de cette situation alors que, selon les indications officielles, l’enseignement de cette discipline devrait s’appuyer sur une approche expérimentale. Dans cette optique, les TP cours et les travaux pratiques sont fortement recommandés pour que les élèves puissent apprendre à observer et analyser un phénomène physique, à faire des mesures et des traitements de données, à interpréter les résultats obtenus et à tirer des conclusions.
L’approche expérimentale est donc préconisée pour atteindre les objectifs de l’enseignement/apprentissage des sciences physiques à savoir le développement du sens d’observation de l’élève, de son esprit d’analyse et de son esprit critique. Une question fondamentale se pose alors : que/comment faire pour atteindre ces objectifs sachant que l’on manque de matériels d’expérimentation ou que leur nombre est insuffisant ? De nos jours les TICs sont mis au service de l’enseignement/apprentissage des sciences physiques. On trouve sur le marché des logiciels de simulation, de modélisation de phénomènes physiques. L’utilisation de tels logiciels aide à pallier ce problème de manque ou d’insuffisance de matériels de laboratoire dans un pays comme Madagascar. L’écriture de logiciels pour réaliser des travaux pratiques virtuels constitue une alternative.
Notion fondamentale
Oscillations
On appelle oscillations (vibrations) ou mouvement oscillatoire les mouvements qui se répètent plus ou moins périodiquement dans temps. D’après leur nature physique les oscillations sont très variées. On distingue les oscillations mécaniques (balancements des pendules, vibration des cordes …), les oscillations éclectiques (circuit LC, circuit RLC…), les oscillations libres, les oscillations forcées, les oscillations non amorties, les oscillations amorties. Les oscillations mécaniques sont des mouvements de va et vient, en général autour d’une position d’équilibre stable. (YAVORSKI. B, 1986) .
Oscillations mécaniques libres
– On appelle oscillations libres les oscillations qui surgissent dans un système non soumis aux forces extérieures variables comme conséquence d’un écart initial de ce système de son état d’équilibre stable. (YAVORSKI. B, 1986)
– Les oscillations sont libres si, une fois écarté de sa position d’équilibre, le système (un pendule simple par exemple) est abandonné à lui-même (GROSSETÊTE.C, 1995) .
Oscillations non amorties
Dans ce cas les forces de frottement sont négligeables et les amplitudes de l’oscillation restent constantes. La figure 1 décrit l’élongation angulaire θ(t) d’un pendule simple non amorti en fonction du temps t. (GROSSETÊTE. C, 1995) .
Oscillations amorties
Lorsque le pendule simple est soumis à des forces de frottement, son mouvement est alors amorti. L’amplitude des oscillations n’est pas constante mais diminue progressivement au cours du temps. Cette diminution de l’amplitude existe déjà dans l’air mais devient très grand si le pendule oscille dans de l’huile très visqueuse. (GROSSETÊTE. C, 1995) .
Oscillations forcées :
Lorsque le système n’est pas abandonné à lui-même mais ses oscillations sont entretenues, alors on parle d’oscillations forcées. (GROSSETÊTE.C, 1995)
Grandeurs physiques
Abscisse angulaire ou élongation angulaire
On appelle « élongation angulaire » du pendule à chaque instant la valeur θ de l’angle d’écart entre la position actuelle et la position d’équilibre, c’est-à-dire l’angle formé par le pendule à la date t et le pendule à l’équilibre. C’est une grandeur algébrique. Elle peut être négative ou positive, selon le sens positif choisi (en général celui du cercle trigonométrique). (GROSSETÊTE. C, 1995) .
Amplitude des oscillations
C’est la valeur absolue de l’abscisse angulaire maximale. C’est une grandeur positive.
L’amplitude angulaire est constante si l’oscillation n’est pas amortie et décroit au cours du temps s’il est amorti. (GROSSETÊTE. C, 1995) .
− Période des oscillations
La période représente la durée d’une oscillation complète. On la mesure en seconde (s) : Elle est constante dans le cas des oscillations non amorties et est aussi appelée période propre. Si l’oscillation est amortie, on parle de « pseudo-période ». La pseudo-période augmente avec l’amortissement. Pour un oscillateur faiblement amorti, la pseudo-période est peu différente de la période propre ; Si l’amortissement est intense, le système revient à sa position d’équilibre sans osciller. (CESSAC. J, 1967)
− Fréquence f
Le nombre de périodes en une seconde est appelé « fréquence ». Elle est mesurée en Hertz (Hz) .
Oscillation non amortie d’un pendule simple
Un mouvement oscillation non amorti est un mouvement de va et vient autour d’une position d’équilibre, qui se répète à lui-même à des intervalles de temps successifs égaux et dont l’amplitude est constante. (LANDAN. L, 1982)
Etude de la période
Considérons un pendule simple de longueur l et de masse m. le pendule est écarté d’un angle θ de sa position d’équilibre et abandonné sans vitesse initiale. L’élongation maximale est notée par θ0 (CESSAC. J, 1967)
Remarque :
Pour des oscillations de faible amplitude :
− La période d’un pendule simple est indépendante de l’amplitude (isochronisme) et de la masse de la substance.
− La période est proportionnelle à la racine carrée de la longueur l. (DURANDEAU. J, 1995) .
Etude énergétique
Considérons un pendule simple de longueur l est de masse m, mobile autour d’un axe (∆) horizontal. Repérons par un axe z vertical ascendant le centre d’inertie G du système. On prend comme origine de potentiel (cote de référence) la position de ce centre d’inertie lorsque ce système est en équilibre. On le lâche sans vitesse initiale à l’instant t0= 0. A l’instant t1 son altitude est z1. (YAVORSKI. B, 1986) .
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIER PARTIE : REPERE THEORIQUE
I- Notion fondamentale
I-1 Oscillations
I-2 Pendule simple
II- Oscillation non amortie d’un pendule simple
II-1 Etude de la période
II-2 Etude énergétique
III- Oscillation amortie d’un pendule simple
III-1 Etude de la période
III-2 Etude énergétique
DEUXIEME PARTIE : MODULE D’APPRENTISSAGE
I- Introduction aux modules
II- Parcours d’apprentissage
III- Déroulement de chaque module
IV- Agencement des fenêtres relatives aux modules d’apprentissage
IV-1 Sommaire élève » et « Sommaire professeur
IV-2 Modules d’apprentissage
CONCLUSION
