Vert (2)

chloro-a

Dans le noir, toutes les couleurs s’accordent.  Francis Bacon.

Quand un spectateur observe un objet, la perception de la couleur se fait en trois stades ; le premier physique, à partir des propriétés optiques de l’objet, le second physiologique qui met en œuvre le fonctionnement de l’œil et le troisième psychologique au niveau du centre de la vision dans le cerveau. Si on estime souvent que la couleur ressentie par ce spectateur n’est pas accessible à la mesure, on peut cependant étudier et mieux comprendre la cause physique directe qui provient de l’interaction de la lumière avec la matière.  Jean-Claude Merlin.

Plus généralement, tout processus de classification est immergé dans un contexte qui le dépasse, extérieur au domaine scientifique dans lequel s’opère le classement — contexte à la fois culturel et naturel. Notre vision de l’arc-en-ciel est tributaire à la fois de notre culture et de notre appareil perceptif. Cette culture (occidentale) nous a imposé les sept couleurs ; mais une vision moins mythifiée nous aurait au moins fourni une description en quatre bandes colorées. Notre vision des couleurs est essentiellement fondée sur un système tri-chromatique (notre rétine possède trois pigments colorés). Mais certains animaux, les pigeons en particulier, ont une vision des couleurs plus fine, fondée sur un système tétra-chroma­tique. Nous confondons des couleurs que ces oiseaux ne confondent pas ; autrement dit, par rapport aux pigeons, nous sommes daltoniens ! Un Newton pigeon aurait donc proposé une vision de l’arc-en-ciel beaucoup plus subtile. Il est souvent difficile d’échapper à l’apparente naturalité de schèmes classificatoires, et de comprendre leur caractère fortement relatif. Au demeurant, une classification est toujours provisoire. La liste des couleurs newtoniennes le montre bien. Outre ses contingences culturelles, elle est limitée à ce que nous savons maintenant être une petite gamme de rayonnements ; en deçà du rouge, il y a l’infrarouge, au-delà du violet, il y a l’ultraviolet. Et la classification s’élargit sans fin, car au-delà de l’ultraviolet, on trouve les rayons X, au-delà des rayons X, les rayons γ, etc.        La vitesse de l’ombre, J.M. Lévy-Leblond (Les x couleurs de l’arc-en-ciel).


Tous les documents nécessaires et complémentaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier vert partie 2).

 


Objectifs.

Interprétation des mécanismes d’absorption lumineuse au niveau moléculaire.

Prolongement : la vision colorée (rétinal).

Mots clés.

Molécules, doubles liaisons carbone-carbone, conjugaison de liaisons. Mécanique quantique, niveau d’énergie, transitions électroniques, échanges d’énergie.


Consigne 1 individuel puis collectif (10 minutes)

Les pigments colorés des végétaux sont principalement les chlorophylles, caroténoïdes, anthocyanes, flavonoïdes, et mélanines.

donnees3

Le sirop de menthe commercial est coloré en vert grâce à deux colorants alimentaires : la tartrazine (E 102) et le bleu patenté (E 131).

donnees4

 

Trouver le(s) point(s) commun(s) aux molécules suivantes :

document : [molecules.pdf]

molecules

Animation tableau : reprise des propositions et discussion.

Commentaire.

Le point commun principal consiste en la présence de doubles liaisons carbone – carbone conjuguées (document : programme Premier S.pdf , et accessoirement de structures cycliques avec doubles liaisons.

 


Consigne 2 : groupe de 3 (50 minutes)

Document : [merlin.pdf].

merlin

Extraire et exploiter du document les éléments utiles pour construire une interprétation (simplifiée et vulgarisée) de l’absorbance dans le domaine de la lumière visible des pigments présents dans les végétaux vert ou le sirop de menthe commercial. Produire une affiche (ou un diaporama).


Aides disponibles :

[meca quantique 1 orbitales.ppt] 

[meca quantique 2 transitions.ppt] ;

[hybridation.ppt] ; 

[terminologie.pdf] ; [wiki.pdf].

 orbitales-h2

Présentations et discussion.


Prolongement : vision colorée

retinal

Consigne : individuel (30 minutes)

Documents disponibles : [wiki vision] et [Vision Chemistry.exe]
cis-trans-retinal
Extraire et exploiter du document les éléments utiles et formuler les nouvelles questions qui se posent sur la vision colorée.  
 vision

Documents disponibles :

Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier vert partie 2).

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Vert (1)

vert

Le vert, c’est la couleur de Satan, du diable, des ennemis de la chrétienté, des êtres étranges : fées, sorcières, lutins, génies des bois et des eaux. Les super-héros et les Martiens, grands et petits hommes verts de la science-fiction, s’inscrivent dans cet héritage culturel, où le vert joue le rôle de l’ailleurs, de l’étrangeté, du fantastique. Pourquoi ? Parce que c’est une couleur instable, rebelle, très difficile à fixer chimiquement. Avec le vert, le rapport entre chimique et symbolique se révèle passionnant. […] Longtemps vu comme maléfique, le vert a été revalorisé par nos sociétés contemporaines, jusqu’à incarner la liberté. On lui a donné le feu vert, et même confié une mission de taille : sauver la planète ! C’est devenu une idéologie : l’écologie – après le rouge, symbole du communisme. Plusieurs étapes historiques ont inventé le vert comme couleur médicale, sanitaire, apaisante, couleur de la nature, de l’hygiène, du bio. […]     M. Pastoureau Vert. Histoire d’une couleur.


Tous les documents nécessaires et complémentaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier vert partie 1).

 

Le dossier [demarche autonome], téléchargeable cette adresse, comporte un ensemble de documents (au choix : word ou pdf ou html) qui permettent de travailler en autonomie (individuellement ou en groupe) sur le thème Vert. Téléchargez et cliquez sur v-intro.doc ou v-intro.pdf ou v-intro.html… et suivez la flèche (pour certaines pages des liens donnent accès à des fichiers d’aide).


Objectifs.

 Lumière et matière : interprétation des processus de la couleur.  Contrairement aux conceptions usuelles du sens commun, la couleur n’est pas une propriété intrinsèque mais résulte de processus d’interaction lumière-matière. Ainsi la phrase « les feuilles des platanes sont vertes » est incomplète : il faudrait dire « les feuilles des platanes sont vertes lorsqu’elles sont éclairées en lumières blanche et observées par un œil humain… ».

Mot clés.

Lumière blanche (visible), longueur d’onde. Chromatographie. Spectrophotométrie. Absorbance, spectres d’absorption.


Problématiques.

Interpréter la couleur verte des épinards et du sirop de menthe.

Interpréter le jaunissement des feuilles vertes en automne.


Consigne préalable : individuel (10 minutes)

 Par écrit (phrases, schémas sur feuilles A4). Comment expliquez-vous la couleur verte des épinards ?

 Animation tableau : reprise des propositions et affichage de schémas, invitation à expliquer et préciser


Travaux expérimentaux. (dossier [experimentation]) en groupes de trois (60 minutes)

1.      Chromatographie d’un extrait d’épinards : [épinards.pdf]

epinards

2.      Spectre d’absorption lumineuse d’un extrait d’épinards [spectre.pdf]


spectre-epinards


Résumé des données expérimentales et compléments :

donnees1

donnees2

donnees3

donnees4


Consigne : groupes de trois (80 minutes)

 A partir des résultats expérimentaux, présenter un diaporama (ou une affiche) comportant les éléments qui suivent.

1.    Répondre aux questions préalables suivantes :

  Indiquer dans quel domaine de longueur d’onde les pigments de l’extrait d’épinard  absorbent et comparer aux colorants utilisés dans le sirop de menthe commercial.

  Interpréter la couleur verte.

  Quelle serait la couleur des épinards éclairés avec une lumière bleue de longueur d’onde l = 430 nm ?

2.   Pourquoi la phrase « les feuilles d’épinard sont vertes » est-elle incomplète ?

3. Formulez une hypothèse permettant d’expliquer le jaunissement des feuilles en automne.

 


Présentations des résultats et discussion.


Magistral en situation : les couleurs [les couleurs.pdf]

couleurs


Le dossier [demarche autonome], téléchargeable l’adresse indiquée au début, comporte un ensemble de documents (au choix : word ou pdf ou html) qui permettent de travailler en autonomie (individuellement ou en groupe) sur le thème Vert. Téléchargez et cliquez sur v-intro.doc ou v-intro.pdf ou v-intro.html… et suivez la flèche (pour certaines pages des liens donnent accès à des fichiers d’aide.

la-couleur-verte


Documents disponibles :

Tous les documents nécessaires et complémentaires indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier vert partie 1).

docs0

doc2

doc3


L’horloge


horloge-prague


Salviati : […] Quant aux temps d’oscillation de mobiles suspendus à des fils de différentes longueurs, ils ont entre eux même proportion que les racines carrées des longueurs ; si bien que pour obtenir un pendule dont le temps d’oscillation soit double de celui d’un autre pendule, il convient de donner au premier une longueur quadruple de celle du second […].

Sagredo : Vous me donnez à bien des reprises l’occasion d’admirer la richesse et aussi l’extrême libéralité de la nature ; […] quant à conclure que ce même mobile, suspendu à une corde de cent coudées, puis écarté de son point le plus bas tantôt de quatre vingt dix degrés, tantôt d’un degré ou d’un demi-degré seulement, ait besoin du même temps pour franchir le plus petit et le plus grand de ces arcs, cela, je crois, ne me serait jamais venu à l’esprit, et maintenant encore me semble tenir de l’impossible.

Salviati : […] En fin de compte j’ai pris deux boules, l’une en plomb et l’autre en liège, celle-là au moins cent fois plus lourde que celle-ci, puis j’ai attaché chacune d’elles à deux fils très fins, longs tous deux de quatre ou cinq coudées; les écartant alors de la position perpendiculaire, je les lâchai en même temps ; […] une bonne centaine d’allées et venues, accomplies par les boules elles-mêmes, m’ont clairement montré qu’entre la période du corps pesant et celle du corps léger, la coïncidence est telle que sur mille vibrations comme sur cent, le premier n’acquiert sur le second aucune avance, fût-ce la plus minime, mais que tous deux ont un rythme de mouvement rigoureusement identique.

Galilée : « Dialogues sur les deux grands systèmes du monde » – 1632

 


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LES OSCILLATEURS 

MECANIQUES

Problématique : les oscillateurs mécaniques peuvent-ils permettre de mesurer des durées ?

 


Consigne 1 : individuel par écrit puis en groupe de trois (20 minutes)

Présentation de l’oscillateur élastique vertical (ressort – masse) : faire la liste de toutes les grandeurs mesurables.

oscillateur

Par groupe de trois : mise ne commun et classement en deux catégories.


tableau

Animation tableau : mise au point du classement ; on retient comme grandeur typique la période propre T0.


Consigne 2 : individuel : donner une représentation graphique qui fait apparaître T0. (5 minutes)

Apport magistral : 

sinusoide

Avec amortissement : pseudo-période T’ ≈ T0 si amortissement faible
amortissement

Consigne 3 individuel par écrit : de  quoi dépend T0 et dans quel sens ? (15 minutes)

Animation tableau avec observations (plusieurs oscillateurs à comparer, avec des raideurs de ressort et des masses différentes). On donne au préalable la définition de la raideur : k = F / (l l0).
variations

Discussion et observations de l’indépendance de T0 vis-à-vis de l’amplitude


Consigne 4  individuel par écrit puis mise en commun en groupe de trois : expressions possibles de T0 ? (20 minutes).

Animation tableau : reprise des propositions et choix raisonné provisoire.

Travail individuel ensuite : analyse dimensionnelle de la relation retenue (à partir d’un apport magistral (ci-dessous et document disponible [grandeurs.docx et .pdf])

Apport magistral : l’analyse dimensionnelle

dimension

 


Commentaires

Toutes les relations proposées sont passée au crible du raisonnement (on propose y compris des  relations fausses à analyser).  Par exemple T0 = k / m : non puisque si m augmente T diminue…

On retient alors   T0 = m / k   qui sera passée au crible de l’analyse dimensionnelle : 

[T0] = [m] / [k]  

or  [k] = [F] / [l]  = M.T-2  

donc [T0] =M / (M.T-2) = T2     

donc on doit rectifier l’expression :                        

racine1

On donne alors la relation complète : 

racine2


Consigne 5 en groupe de trois avec production d’un document qui sera éventuellement présenté au grand groupe (60 minutes).

Procéder à l’étude du pendule simple pour vérifier partiellement l’expression de la période propre : 

racine3

Comment peut-on construire une horloge qui bat la seconde ?


Commentaires.

Il s’agit de vérifier qualitativement l’influence de la longueur du fil, la non influence de la masse (et de l’amplitude pour les petites oscillations). Il faut aussi procéder à l’analyse dimensionnelle de la relation.


Discussion finale : peut-on maintenant répondre à la problématique de départ ? Les oscillateurs mécaniques peuvent-ils permettre de mesurer des durées ?


PROLONGEMENTS.

Travaux expérimentaux.

Exploitations de documents.

Etude théorique de l’oscillateur élastique horizontal.

Le temps et sa mesure (du cadran solaire à l’horloge atomique)


Documents disponibles.

dossier [expérimentations] ; dossier [animations] ; dossier [documents].

 

Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier l’horloge).

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docs2

sans-titre

docs4


 

  

 

 

 

 

 

L’orange

Histoires de vision.

Deux représentations ont longtemps coexisté pour expliquer la vision et persistent encore dans les conceptions spontanées.   
l’extramission : émission de quelque-chose depuis l’œil vers l’objet ;
– l’intromission : réception par l’œil de  quelque-chose provenant de l’objet.


Tous les documents nécessaires et complémentaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier l’orange).


 kitab

La vision se fait par des rayons venant de l’objet vers l’œil. De tout corps illuminé par n’importe quelle lumière, part de la lumière dans toutes les directions. Quand l’œil sera placé face à un objet ainsi illuminé il arrivera de la lumière à sa surface extérieure ; or nous avons établi que la lumière a la propriété d’agir sur l’œil. Nous devons en conclure que l’œil ne peut sentir l’objet vu que par l’intermédiaire de la lumière que celui-ci lui envoie.  Ibn al-Haytham,  Kitāb fi’l Manāzir (Livre de l’optique) 1021.


Situation initiale : une orange est posée sur le bureau

orange


Consigne 1 : travail strictement individuel (5 minutes)  « Pourquoi voyez-vous l’orange ? »  Une phrase, un schéma  (feuille A4 distribuée).  Affichage des schémas.


Commentaires.

La première étape sert généralement à l’expression des idées issues du sens commun. Il s’agit de les mettre à jour, de les expliciter et de les questionner : pour cela la forme du schéma est la plus appropriée dans bien des cas. On obtient par exemple :

brouillons

On remarque qu’un « agent » de la vision est matérialisé : traits, pointillés, flèches dans un sens ou dans l’autre… Il faut aussi remarquer que ces propositions coïncident bien avec les représentations historiques (intromission et extramission).


Consigne 2 : individuel puis collectif (10 minutes) 

Chercher les points communs et les différences des schémas.

Animation tableau avec reprise des propositions.


Consigne 3 : travail individuel puis en groupe (15 minutes)

Textes : lecture individuelle des textes avec repérage des idées principales. Puis en groupe schématisations des propositions de chaque auteur. Document : [textes.pdf].


textes


Consigne 4 :  travail individuel puis collectif (15 minutes)

Individuellement compléter les schémas (ci-dessous, distribués à chacun) par des flèches

Animation tableau pour la mise au point.  

schemas

Consigne 5 : individuel puis collectif suite(5 minutes)

Choix d’une hypothèse et argumentation.


Commentaires.

L’accord est facilement obtenu sur le modèle d’El Haitham. Il est plus difficile de développer l’argumentaire : en l’absence de lumière (mais elle est difficile à réaliser) pas de vision ; si on regarde une source de lumière très vive on a mal aux yeux ; etc…


Consigne 6 : expérimentation en groupe (30 minutes)

Matériel : lampe ; objet (boule blanche) ; cansons noirs ; petit canson blanc (A5)

experience

Chercher un moyen d’éclairer la balle sans déplacer la lampeSchématiser (feuille A4) et afficher.


Commentaires.

La petite feuille de papier canson blanc permet de diffuser la lumière émise par la lampe vers la balle.


Animation tableau : l’hypothèse d’El Haitham est-elle confirmée ? 

Magistral en situation : schéma ci-dessous avec le vocabulaire.

hypothese


Consigne 7 : formuler par écrit les nouvelles questions.  

Commentaires.

Les nouvelles questions obtenues (éventuellement complétées par l’enseignant) correspondent aux différents éléments du schéma ci-dessus. 

Qu’est-ce que la lumière ? Comment la source produit-elle la lumière ? Comment l’objet diffuse-t-il la lumière ? Comment fonctionne l’œil ? Comment interprétons-nous ce que nous voyons ? Comment s’expliquent les couleurs ? Etc.


Complément sources primaires et secondaires ; classement et diapo [sources.pdf] et [sources primaires et secondaires.pptx]


Suite : séquence sur l’interprétation des couleurs :  La couleur de l’orange.


Documents disponibles.

Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier l’orange).

docs1

docs2


Ignorato motu…

Ignorato motu, ignoratur natura

(Si on ignore le mouvement, on méconnaît la nature).

Les lois newtoniennes du mouvement.


Tous les documents nécessaires et complémentaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ignorato motu).

Un article commentant cette démarche [ignorato motu.pdf] est proposé dans ce même dossier.


Objectifs : Élaboration des lois newtoniennes du mouvement. Les conceptions immédiates du mouvement sont généralement aristotéliciennes (il faut un moteur pour qu’il y ait mouvement). Les consignes de travail (à la fois directives et ouvertes) du dispositif proposé ici doivent permettre aux élèves de rompre avec ces conceptions immédiates et de reconstruire les lois du mouvement de Newton.

Mots clés. Référentiel, position, vitesse ; accélération. Force ; masse. Outils mathématiques : vecteur, dérivée, traitement dans un repère. Histoire : Aristote, Galilée, Newton…


aristote-galilee-newton Aristote, Galilée, Newton.

prinicipia-title

« Les changements qui arrivent dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice, et se font dans la ligne dans laquelle cette force a été imprimée ».     Newton   Principia.


A) Observation immédiate (45 minutes)

 Situation initiale de recherche : le coureur lâche la balle…

coureur


Consigne 1) Dessin individuel : prévision du mouvement de la balle après le lâcher.

Affichage et repérage des différences. Discussion.

Observation de la situation (l’enseignant joue le coureur, ou le fait jouer…) puis nouveau dessin  de l’observation à un début d’expérimentation : présentation d’une vidéo (moto).

 


Consigne 2) Dans les dessins produits initialement on obtient généralement trois propositions : chute vers l’avant, vers l’arrière ou verticale. Peut-on valider les trois propositions par un discours scientifique approprié ?

 Animation de la discussion collective à partir des propositions reprises au tableau :

– vers l’avant par rapport au sol

– vers l’arrière par rapport au coureur 

– verticale par rapport au coureur

Discussion sur les frottements de l’air et l’idéalisation sans frottement

 Magistral en situation : 

 Relativité galiléennenotion de référentiel (et importance de la rigueur du discours scientifique).

Reprise éventuelle de la vidéo (moto). 

En complément on propose la situation de la balle posée sur la table (immobilité par rapport à quoi ? et mouvement par rapport à l’animateur qui se déplace dans la salle…);

Discussion : lecture des textes de Bachelard et discussion. 


Commentaires :

– en général les dessins donnent donc trois propositions (vers l’avant, vertical, vers l’arrière) ; si ce n’est pas le cas l’enseignant peut compléter les propositions.

trois-propositions

La discussion met en évidence un premier concept clé : la relativité du mouvement (la description d’un mouvement dépend du « référentiel », autrement dit de l’observateur).
Par conséquent la notion d’immobilité est elle-même relative. Un objet posé sur la table est immobile par rapport à la table, mais ne l’est pas dans un autre référentiel, par rapport au Soleil par exemple ; et pourtant elle n’a de « moteur » qui entretienne son mouvement. Cette avancée conceptuelle est fondamentale pour la suite du travail qui consistera à élaborer les lois de Newton du mouvement.

– la simple observation ne fait guère évoluer les propositions initiales ; de plus le lâcher simple de la balle est très problématique…

– la vidéo permet d’aller au-delà de l’observation immédiate (ralenti, arrêts sur image, retour arrière…) ; on peut par la suite effectuer du mesurage si on dispose d’un logiciel d’Exao.

 


B) Hypothèses – Théorisation (75 minutes)

Consigne 1)  travail individuel par écrit : faire la liste des grandeurs mesurables dans la situation du coureur. (5 minutes)

Animation tableau à partir des propositions : listage et classement de ces grandeurs en deux catégories :

descriptives du mouvement (cinématique)

explicatives (dynamique)

Consigne 2)  travail individuel par écrit (10 minutes)

définitions de vitesse et force

hypothèses explicatives : explications du mouvement de la balle du coureur ;

– comparaison au mouvement de chute verticale

Consigne 3)   en groupe : (30 minutes)

 Mise en commun des propositions et réalisation d’une affiche comportant :

– les définitions de vitesse et force ;

trois schémas explicatifs :

a) la balle du coureur ;

b) lancement horizontal de la balle ;

c) chute verticale de la balle ;

 Affichage et présentation par plusieurs groupes ; discussion (en particulier de la proposition probable du type : vecteur P + vecteur V pour l’explication de la trajectoire).

 Consigne 4)   travail individuel : (30 minutes)

 Recherche de toutes les relations envisageables entre vitesse et force(exprimées sous la forme « si… alors » ; « en supposant que… alors »…).

 Au cours de ce travail on apporte diverses situations et textes historiques

 textes-historiques

 

Animation tableau : reprise des propositions et discussion collective pour la mise au point ; confrontation à plusieurs des situations proposées (en particulier le coureur) et aux textes historiques.


situations


Commentaires :

 – il n’est pas question de rejeter à priori, mais au contraire d’encourager, les propositions de grandeurs physiques « exotiques » (vitesse du vent, rugosité de la balle…) : le choix raisonné et simplificateur qui en
découle est un moment important de l’analyse ;

 – la discussion qui suit ce travail pose évidemment le problème de la définition de la vitesse instantanée, la proposition spontanée étant v = d / t ;

 – les schématisations introduisent généralement des vecteurs (flèches) ;

 – la distinction entre vitesse et force est l’un des enjeux principaux de ce travail ; il n’est pas rare de rencontrer des propositions du type : vecteur P + vecteur V    pour expliquer l’allure de la trajectoire ;

 – la généralisation amène au problème fondamental :  

force implique vitesse (Aristote),

ou bien, force implique variation de vitesse (Galilée, Newton).

 La discussion renvoie également aux notions de relativité galiléenne, d’immobilité relative et de référentiel abordé dans la première partie. Les divers exemples conduisent aux différents sens du mot variation (« accélérer », « ralentir », « tourner ») ; la représentation vectorielle prend alors tout son sens.


C) Mathématisation et conclusions (45 minutes)

Consigne   Alternance de travail individuel et collectif.

Elaboration d’une formulation mathématique transposition en langage mathématique de la proposition obtenue auparavant, autour d’une égalité et comportant force d’un côté et vitesse de l’autre. Introduction en cours de travail de situations qui posent le problème de la durée d’action de la force, ainsi que celui de la masse…

masse

 Discussion progressive des propositions et mise au point.

Magistral en situation : document [lois de newton]

Discussion sur l’ensemble du travail.


Commentaires : 

 La formulation mathématique commence généralement par F = k .  V Ceci renvoie au débat précédent et conduit alors à F = k . ΔV L’introduction du problème de la durée conduit à  F = k . ΔV / Δt  puis à la nécessité de la dérivée relation instantanée) et donc à la définition de l’accélération.  Enfin l’introduction du problème de la masse conduit à  F = m . a (sous forme vectorielle). Le magistral en situation reprend le tout en s’appuyant éventuellement sur la notion de quantité de mouvement (c’est le cas du document proposé plus haut : [lois de Newton].


Documents disponibles.

Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ignorato motu).

Un article commentant cette démarche [ignorato motu.pdf] est proposé dans ce même dossier.

docs1

docs2

docs3

Animations (dossier [animations])

animations


L’immobilité de la Terre

Nous avons tous admis que la Terre tourne sur elle-même en 24 heures… Mais comment expliquer que, si je saute en l’air, je retombe au même endroit ?


Tous les documents nécessaires et complémentaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier l’immobilité de la terre).


Il revient à Alexandre Koyré d’avoir analysé la nature de la révolution scientifique que connut l’Europe au XVIIème siècle. On a peine aujourd’hui à imaginer la mutation des esprits, des méthodes et des concepts que requit cette révision totale de ce que nous pourrions appeler « notre conception du monde ». Car c’est bien de cela qu’il s’agit ; Galilée, Descartes, Newton ne se sont pas contentés de décrire le monde d’une autre façon qu’Aristote ou Plolémée : ils ont détruit un monde pour le remplacer par un autre. La physique d’Aristote s’appuyait sur le sens commun : il nous semble naturel en effet que les corps lourds tombent vers « le bas » et que la flamme d’une allumette se dirige vers «le haut». De la même façon, ne distinguons-nous pas spontanément l’espace habité par les êtres vivants, la «région sublunaire», soumise à la naissance, à la mort et aux changements, des cieux constellés d’astres qui semblent décrire immuablement les mêmes trajectoires régulières, la « région supra-lunaire ». Autrement dit, notre conception première de l’espace est aristotélicienne : elle postule un monde clos, limité par la voûte étoilée, constituant un tout ordonné dans lequel, pour reprendre l’expression de Koyré, « chaque chose a sa place ». C’est ce monde rassurant, hiérarchisé, harmonieux, nous enveloppant comme une bulle translucide, que les savants du XVIIème siècle ont fait irréversiblement éclater.                      S. Le Strat « Epistémologie des sciences physiques ».

aristote

Il est donc manifeste que la Terre est nécessairement au centre et immobile, non seulement pour les raisons que nous venons d’indiquer, mais encore parce que les corps lourds, projetés en haut d’un mouvement forcé en ligne droite, reviennent au même point, même si la force les projetait à une distance infinie.                       Aristote – La Nature – Physique.

hm_01


Objectif : aborder le concept de relativité galiléenne et le principe d’inertie, ou comment la construction scientifique met en question le sens commun.

 


Consigne 1 (10 minutes) individuellement par écrit  à partir du document suivant qui est distribué aux participants) : identifier le problème et proposer une explication.  

aristote-immobilite


Consigne 2 (30 minutes) : comparaison par groupe de trois puis mise en commun collective.

Les participants volontaires sont invités à formuler leurs propositions qui sont alors notées au tableau.

 


Commentaires :

On peut tout d’abord remarquer que nous avons admis l’idée que la Terre tourne sur elle-même sans vraiment la questionner. 

 L’animation au tableau consiste à mettre à l’épreuve les différentes hypothèses proposées par les participants.

 

L’une des propositions faite pour surmonter la difficulté consiste à supposer que le mouvement de Terre est très lent et donc imperceptible dans la durée de chute de la pierre lancée verticalement. Si elle n’est pas formulée, l’animateur peut la formuler lui-même. Il faut mettre à l’épreuve en premier lieu cette hypothèse par l’utilisation des données et donc la consigne de travail individuel suivante :

calculer la vitesse d’un point de l’équateur (par rapport à l’axe de rotation de la Terre) et estimer l’ordre de grandeur de la vitesse d’un point à notre latitude.

A l‘équateur : 40 000 / 24 ≈ 1700 km/h.

A notre  latitude par une estimation très simpliste : 24 000 / 24 ≈ 1000 km/h c’est à dire environ 300 mètres par seconde. Autrement dit si je saute en l’air pendant une seconde le sol sous mes pieds s’est déplacé de 300 mètres !!!

(Le guidage éventuel des calculs dépend évidemment du niveau de formation des participants…)

calcul

 

Une autre proposition fréquente évoque l’effet de la « gravité » ou « gravitation » qui entraînerait la pierre (ou le personnage qui saute évoqué ci-dessus). Cette hypothèse est contredite par un raisonnement sur les directions : mouvement horizontal mais gravitation verticale…

Une troisième proposition suggère que la pierre fait partie du « système Terre » et donc tourne avec, ce qui nous met sur la piste, mais ne doit pas être validé comme tel pour que la construction polémique se poursuive. On évoque aussi éventuellement l’atmosphère, ce qui ne manque pas d’embrouiller encore la situation !

 


Consigne 3 : lecture individuelle et formulation d’hypothèse pour chacune des situations suivantes puis réalisation d’une affiche par groupe de trois à partir des hypothèses discutées (30 minutes).

Puis présentation des affiches par plusieurs groupes (20 minutes).

situations


Consigne 4 : individuellement, résolution du problème initial sous forme de schéma (en imaginant un observateur extérieur à la Terre) puis comparaison collective (15 minutes).

 


Conclusion en animation tableau (fichier [sauteur.pdf]) avec animations et vidéos  indiquées ci-dessous (10 minutes) :

sauteur

Magistral en situation : Formulation de la relativité galiléenne et du principe d’inertie


Analyse de la séance (15 min) : par écrit formulez ce qui vous a surpris au cours de la séance ; comment avez-vous vécu les étapes successives. Discussion.

Diapo [preuves mouvement.ppt]

foucault 

 Le pendule de Foucault.

 

Compléments éventuels :

Lecture textes : [navire galilée]     [relativite galileenne]   [koyré khun]  

Apports historique en astronomie : fichiers du dossier [système du monde]


Documents disponibles.

Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier l’immobilité de la terre).

doc1

docs2

Animations et vidéos : (dossier [animations])docs3


Fiat lux

Controverses lumineuses 

Ondes ET particules


Tous les documents nécessaires et complémentaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier fiat lux).


Si l’on est quelquefois égaré en voulant simplifier les éléments d’une science, c’est qu’on a établi des systèmes, avant d’avoir rassemblé un assez grand nombre de faits. A. Fresnel. 


fresnel


Méthode et Objectif : 

Qu’est ce que la lumière ? Démarche d’exploration des modèles historiques de la lumière autour de la controverse onde / particule opposant les newtoniens (Biot, Pouillet) à Fresnel et Arago (épisode historique du concours de l’Académie des sciences en 1817 – 1819) et ses prolongement jusqu’aux théories actuelles. Réflexions épistémologiques (notion de paradigme, ruptures dans l’histoire des sciences, rapport théorie – expérience… 

Bibliographie :
les cahiers de Science et Vie (Fresnel ; qu’est ce que la lumière ?)
« La lumière » B. Maitte
« Les physiciens classiques et leurs découvertes » E. Segré
« Petite histoire de la physique » J.P. Maury
« La structure des révolutions scientifiques » T.H. Kuhn 

diffraction


Consigne 1 (préparation : 30 min ; jeu 20 min)

 Présentation de la situation : document [concours de 1817.pdf].

Chaque groupe prépare sa contribution sous forme d’une affiche, à partir des documents fournis ; le document correspondant à Fresnel est aussi donné à tous les groupes. 

personnages

Jeu de rôles : réunion de l’Académie (novembre 1819)

  • juges : animateur, Laplace, Arago ; 
  • présentation du mémoire : Fresnel ;
  • intervenants : Biot, Poisson, le fantôme de Newton, Young, le fantôme de Huygens ;
  • intervenants du futur : Maxwell, Michelson, Einstein, De Broglie.

Consigne 2  individuel puis animation tableau (20 minutes)

Animation tableau : reconstitution de la fresque historique des conceptions de la lumière.


Consigne 3   individuel puis animation tableau (10 minutes)

Formulation de nouvelles questions. Animation tableau et discussion.


Suite : travaux expérimentaux : diffraction, interférence et spectroscopie.


Documents disponibles : concours de 1817documents des personnages, fresque historique, histoire, extrait du mémoire de Fresnel.

Tous les documents indiqués ci-dessous sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier fiat lux).

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