Physique
Qu’est-ce qui tombe le plus vite,
un jeu de clé ou une boulette de papier ?
C’est à partir de cette question « simple » que les animateurs
de
l’atelier « physique » mettent au travail leur auditoire. Avis
partagés :
les clés doivent tomber plus vite, puisqu’elles sont plus
lourdes ? On
fait la démonstration, mais pas facile de voir, tant le
phénomène est
rapide, et les biais d’expérience importants… « Il faudrait
un
ralenti… » ou une démarche plus scientifique ?
On
refait l’expérience avec une boule de pétanque,
une boule de
polystyèrene qu’on a lestée et une balle de
tennis qu’on va lâcher à la
hauteur de 2,5 mn. Que va-t-il se passer ? Chaque groupe doit anticiper
ce qui va se passer en faisant un schéma, d’abord
individuel, puis
collectif. On dessine, on palpe les sphères, on dessine des
flèches qui
symbolisent les présumées forces en
présence…
Moment
de doutes général… Résultats
différents dans les groupes. Une vidéo
vient en appui : on montre une expérience filmée
au ralenti qui
confirme que la boule la plus grosse arrive en dernier. Mais pourquoi ?
On s’empaille sur les définitions du poids et de la masse.
On constate
que deux paramètres jouent : la surface, le volume ont un
impact sur la
résistance à l’air, et l’objet subit la
gravité. Mais alors, que se
passerait-il s’il n’y avait pas d’air ? On n’aurait plus qu’un seul
paramètre dans l’expérience. « Alors, le volume et
la surface ne jouent
plus, donc tous les objets doivent tomber à la
même vitesse, par
l’effet de la gravité. » Les animateurs s’amusent : « vous
êtes en train
de vous prendre la tête comme le fit Galilée. Il
le prouve en proposant
au groupe un texte de 1636. Pas facile de rentrer dans la langue du
XVIIe. On fait progressivement synthèse pour comprendre les
bribes
perçues. Et l’évidence pointe :
mais alors si on supprimait
l’air, les objets tomberaient en même temps ?
Damned ! Voici chaque participant remis dans la peau de
Galilée…
Première victoire ? Il faudrait une preuve. Les animateurs
reprennent
la main avec un tube de Newton : avec l’air, la pastille de papier est
freinée et arrive après la bille, mais sans air,
la bille et le papier
arrivent ensemble ! Plusieurs participants sont saisis : la masse ne
jouerait pas sur la vitesse de chute ? Difficile d’abandonner ce qui
semble si contre-intuitif : « Mais c’est quand même fou qu’un
piano et
une plume tombent en même temps !? Si le poids ne joue pas,
qu’est-ce
qui fait que ça tombe quand même ? ». On
frôle la surcharge cognitive.
« Même un grain de poussière et un
éléphant ? »…
« Il
faut d’urgence faire une synthèse magistrale : « si j’ai pas
d’air, tout
le monde tombe en même temps. MMais quand on ajoute de l’air,
ça freine les objets les plus volumineux »
« Mais
alors… Pourquoi en étant « tirée plus fort » par
la gravité (ce qu’on
constate lorsque la boule de pétanque et la balle de tennis
sont
accrochée chacune à un ressort), la boule de
pétanque arriverait en
même temps que la balle de tennis ?
Ultime
défi à résoudre… Encore assez
d’énergie pour y aller ? La frustration est maximale.
Reprenons
: pourquoi ça tombe, finalement ? Newton est
appelé à la rescousse :
les corps s’attirent mutuellement proportionnellement à leur
poids. Une
petite aide pour que tout le monde y arrive : chaque objet est
confronté à deux forces contradictoires : un
effet frein qui le met en
difficulté pour se mettre en mouvement, et un effet
d’attraction qui le
fait attirer par la gravité. Plus j’ai une grande masse,
plus c’est
difficile de le mettre en mouvement. C’est la masse inerte, qui
génère
l’inertie.
Mais
pourquoi ces deux forces coincident exactement ? Newton ne disposera
que de la réponse expérimentale. Il pense que
c’est une coincidence. Ce
n’est que la théorie de la relativité d’Einstein
qui va englober cette
théorie pour trouver une explication à cette
cohérence
C’est
le moment de conclure… Comment avez-vous vécu l’atelier ?
« Moi qui suis une mauvaise élève, j’ai
été bloquée par masse et poids« .
« Je me demande si les élèves acceptent les prises
de risques des
démarches de ce type »… « Il faut que
l’élève se sente en confiance
pour avancer, lorsqu’il se sent mal de pas comprendre. On a toujours
peur de dire ce qu’on n’a pas compris, et d’autant plus qu’on n’a pas
compris ». « Mais en même temps, le prof ne peut pas faire
comme si les
vérités étaient
définitives, et aider à faire comprendre aux
élèves que
la vérité est relative à un contexte ».
« Mais du coup, on ne peut pas
s’improviser prof comme ça : il faut maîtriser le
contenu bien au-delà,
les enjeux, l’histoire de la discipline pour pouvoir mettre les
élèves
en activité.. « Moi, ça m’a fait comme si j’allais
revisiter le grenier
de mes acquis en retrouvant des choses poussierreuses. Ca
réconcilie la
pratique et la théorie, mais aussi l’individuel et le
collectif. Ca
éloigne des vision binaires, de uvrai et du faux… Ca
manque… ». « On
rentre dans le conceptuel, à partir d’hypothèses.
Parfois, en classe,
je cherche à fermer les situations pour ne pas risquer
d’être entrainée
ailleurs. Peut-être n’est-ce pas obligatoire ? »
« Gérer la frustration,
c’est le plus difficile : choisir ce qu’on doit traiter tout de suite,
ce qu’on peut remettre à plus tard… »
La
gardienne du temps revient pour la troisimèe fois : les
plateaux-repas sont servis…
