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AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 1
Interaction
gravitationnelle Superman et la gravitationDESCRIPTIF DE SUJET DESTINE AU PROFESSEUR
Objectif
Assurer une continuité et une progressivité collège-lycée sur une notion commune aux programmes de cycle 4 et de seconde. Notion du programme : Interaction gravitationnelleExtraits de
Cycle 4 Seconde
Mouvement et interactions
- Edžploiter l'edžpression littĠrale scalaire de la loi de gravitation universelle, la loi étant fournie. - Force de pesanteur et son expressionP = mg
L'Uniǀers
- La gravitation universelle - L'interaction graǀitationnelle entre deudž corps. - La pesanteur terrestreType d'actiǀitĠ Etude de document
Description succincte
Activité 1 : (fin de cycle 4)
RĠsolution d'un problğme en
utilisant la relation masse- poids.Activité 2 :
(approfondissement fin de cycle 4 et/ou remédiation seconde)Faire le lien entre une
situation de proportionnalité et une expression littérale.Activité 3 : (Seconde)
Faire le lien mathématique
entre la relation masse- poids et la force de gravitation.Compétences
travailléesD1.3 : Pratiquer des langages
- Passer d'une forme de langage à une autre - Utiliser le calcul littéral : citer et utiliser une expression littéraleD4 : résoudre un problème
D1.3 : Pratiquer des langages
- Passer d'une forme de langage à une autre - S'approprier (APP) - Réaliser (REA) - Valider (VAL)Compétence transversale :
Analyser et traiter une
questionS'approprier (APP) Analyser (ANA)
Remarques
Collège : Thème Mouvement et Interactions ; prérequis : masse et poids, interaction
gravitationnelle2nde : Thème Univers, arrive après les séances sur le mouvement et référentiels, et celui
sur les interactions et les forces. - 2nde : séance de TP - Collège : Evaluation individuelle Auteurs Pierre CARRE - Lycée Grandmont - 37200 TOURS Jérôme HEURTEBIZE - Collège Choiseul - 37400 AMBOISEAcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 2
ACTIVITE CYCLE 4
SUPPORT(S) D'ACTIVITÉ
Doc. 1 : Superman et la gravitation
MèV Va naiVVanceH en juin 1938H Ve poVa le problğme de l'origine des TécrivenW le peuple Te OrypWon comme TeV UumainV pluWôW orTinaireV eW SeV capaciWéV VurUumaineV évoluèrenW au fil Te VeV avenWureV eW leV premiers pouǀoirs dont il fut dotĠ semblent aujourd'hui bien modestes. Pour commencerH inWéreVVonV-nouV aux origineV Te SupermanH eW pluV particuliğrement ă sa planğte de naissance, Krypton. Il s'agit d'un problğme d'importance car, d'aprğs les tedžtes, c'est dans la diffĠrence Te graviWé enWre OrypWon eW la Terre que réViTe la Vource TeV pouvoirV Te Au XVIIIème ViècleH IVaac NewWon a TécouverW que Teux corpV maVVifVs'attirent aǀec une force proporWionnelle au proTuiW Te leur maVVe eW inverVemenW proporWionnelle au carré Te
leur TiVWance. CeWWe loi univerVelle Te la graviWaWion régiW le mouvemenW TeV planèWeV eW explique pourquoi la
Terre nouV reWienW à Va Vurface. Nn effeWH noWre VenVaWion Te peVanWeur eVW la conVéquence Te la force
graviWaWionnelle que la Terre exerce Vur noWre corpV. Si la Terre éWaiW pluV maVViveH ceWWe VenVaWion VeraiW pluV
Terre. SeV capaciWéV pUyViqueV lui permeWWaienW Tonc Te francUir 7 mèWreV en longueur eW 2 mèWreV en UauWeur.
Ses performances terrestres seront nettement plus impressionnantes d'un facteur Ġgal au rapport entre la
peVer comme un rUinocéroV Vur Terre.CONSIGNES DONNÉES L'ÉLÈVN
1. L'intensitĠ de pesanteur sur Terre est g(Terre) с 9,81 Nͬkg. A l'aide d'un calcul et des informations du tedžte,
2. Justifier (ă l'aide de calculs) la derniğre phrase du tedžte ͗ ͨ Un ġtre humain transportĠ sur Krypton aurait
[MonnéeV J maVVe (humain moyen) = 77H1 kg ; maVVe (rhinocéros blanc) = 2300 kg]Terre.
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REPRES POUR L'VALUATION
CorrecWion poVVible J
1. L'intensitĠ de pesanteur sur Krypton est 30 fois supérieure à celle de la Terre.
g(Krypton) = 30 x g(Terre) = 30 x 9H81 = 294H3 NIkg2. Poids du rhinocéros sur Terre J P(rhinocéros sur Terre) = m(rhinocéros) x g(Terre) = 2300 x 9H81 = 22563 N
Poids d'un homme moyen sur Krypton J P(homme sur KrypWon) = m(homme moyen) x g(Krypton) = 77H1 x 294H3 = 22691 N
3. Les performances de Superman dĠpendent de la force de graǀitation. S'il peut sauter sur Krypton a une
hauteur de 2 mètres, sur Terre, l'intensitĠ de pesanteur Ġtant 30 fois plus faible, il pourrait sauter 30 fois
plus haut, soit une hauteur de 60 mètres.CriWèreV Te réuVViWe J
CompéWenceV WravailléeV CriWère Te réuVViWe correVponTanW au niveau 3 (objecWif aWWeinW) demander explicitement. D13 : - Utiliser le calcul littéral - L'Ġlğǀe calcule correctement les deudž poids demandĠs.- Utiliser les unités adaptées - L'Ġlğǀe a converti la masse du rhinocéros en kilogramme et a donné ses valeurs de poids
en Newton. - Passer d'une forme de langageà une autre
- L'Ġlğǀe est capable de transcrire l'information du tedžte ͨ Ses performances terrestres
seront nettement plus impressionnantes d'un facteur Ġgal au rapport entre la graǀitĠ kryptonienne et la gravité terrestre" en une multiplication par 30 pour déterminer la hauteur du saut.RETOUR D'EyPERIENCES
poiTV. Le cUoix Te Superman venaiW VurWouW Tu calcul Tu poiTV Vur un auWre aVWre que la Terre ; à parW la
Lune, les Ġlğǀes ont beaucoup de mal ă se projeter et ă comprendre l'utilitĠ du calcul du poids sur Mars
qui a pu être mis en relation avec les " bonTV » TeV aVWronauWeV Vur la Lune.Nn général ceWWe acWiviWé eVW pluWôW bien reçue par leV élèveVH le conWexWe Te " Vuper UéroV » joue un rôle
d'Ġcran de fumĠe et certains Ġlğǀes rĠcalcitrants Ve VonW priV au jeu. Il a éWé WouWefoiV parfoiV néceVVaire
Te reformuler la VeconTe queVWion en TemanTanW expliciWemenW Te calculer eW comparer leV poiTV.Le WempV Tonné aux élèves Ġtait d'enǀiron 25 min, l'actiǀitĠ d'approfondissement est proposĠe aux
élèveV ayanW valiTé leV compéWenceV Vur le calcul liWWéral ou leV pluV rapiTeV.AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 4
ACTIVITE APPROFONDISSEMENT CYCLE 4 ET/OU RNÓNMIATION 2NDESUPPORT(S) D'ACTIVITÉ
Doc. 1 : Superman et la gravitation
Dğs sa naissance, en juin 1938, se posa le problğme de l'origine des TécrivenW le peuple Te OrypWon comme TeV UumainV pluWôW orTinaireV eW capaciWéV VurUumaineV évoluèrenW au fil Te VeV avenWureV eW leV premierV Pour commencerH inWéreVVonV-nouV aux origineV Te SupermanH eW pluV particuliğrement ă sa planğte de naissance, Krypton. Il s'agit d'un problğme d'importance car, d'aprğs les tedžtes, c'est dans la diffĠrence de graǀitĠ Au XVIIIème ViècleH IVaac NewWon a TécouverW que Teux corpV maVVifVs'attirent aǀec une force proportionnelle au produit de leur masse et inǀersement proportionnelle au carrĠ de
leur TiVWance. CeWWe loi univerVelle Te la graviWaWion régiW le mouvemenW TeV planèWeV eW explique pourquoi la
Terre nouV reWienW à Va Vurface. Nn effeWH noWre VenVaWion Te peVanWeur eVW la conVéquence Te la force
graviWaWionnelle que la Terre exerce Vur noWre corpV. Si la Terre éWaiW pluV maVViveH ceWWe VenVaWion VeraiW pluV
Terre. SeV capaciWéV pUyViqueV lui permeWWaienW Tonc Te francUir 7 mèWreV en longueur eW 2 mèWreV en UauWeur.
SeV performanceV WerreVWreV VeronW neWWemenW plus impressionnantes d'un facteur Ġgal au rapport entre la
peVer comme un rUinocéroV Vur Terre.CONSIGNES DONNÉES L'ÉLÈVN
1. Dans le paragraphe sur Newton, il est écrit " la Terre nous retient ă sa surface ͩ ͗ prĠcise l'acteur et le
receveur de cette force ?2. Pourquoi peut-on parler d'interaction dans le cas TeV forceV graviWaWionnelleV ?
3. Est-ce une acWion (force) à TiVWance ou Te conWacW ?
4. Dans la situation ci-TeVVouVH repréVenWe la force exercée par la Terre Vur Superman.
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5. La valeur de la force de gravitation est-elle proporWionnelle à TH T² ou 1IT² ? Quelle pUraVe TanV le WexWe
permeW Te réponTre à ceWWe queVWion ?6. Comment la valeur de cette force varie-W-elle lorVque la TiVWance enWre leV corpV augmenWe ? LorVquGelle
Timinue ?
TépenT-elle ?
8. Parmi les trois relations littérales suivantes, quelle est celle qui correspond aux donnéeV Tu WexWeH VacUanW
que la valeur Te la force graviWaWionnelle Ń eVW auVVi proporWionnelle à la conVWanWe graviWaWionnelle G
T eVW la TiVWance (en mèWre) qui Vépare leV cenWreV TeV Teux corpV G = 6H67.10-11 N.m2.kg-2 la conVWanWe graviWaWionnelleAcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 6
REPRES POUR L'VALUATION
CorrecWion poVVible J
1. L'acteur est la Terre et le receveur la personne qui est attirée.
2. C'est une interaction car la personne agit sur la Terre avec la même inWenViWé.
3. C'est une action à distance, car elle agit même lorsque nous ne touchons pas le sol.
4. RAS
5. 1/d², "inverVemenW proporWionnelle au carré Te leur TiVWance"
6. Si la distance augmente, la valeur Te la force TiminueH eW inverVemenW.
7. La force TépenT auVVi TeV maVVeV TeV corpV en inWeracWion.
8. RAS
CriWèreV Te réuVViWe J
Cycle 4
Compétences travaillées Critère de réussite correspondant au niveau 4 (objectif dépassé)
Passer d'une forme de
langage à une autreL'Ġlğǀe est capable d'utiliser les edžpressions ͨ proportionnelle » et " inversement
proportionnelle » pour retrouver une expression littérale. L'Ġlğǀe choisit l'edžpression correcte de la force graǀitationnelleSeconde
Domaine de
Compétences évaluées Critère de réussite correspondant au niveau AS'approprier (APP)
Trouver des informations
dans un texteL'élève trouve la phrase sur la distance
L'élève trouve la bonne expression littéraleAnalyser (ANA)
S'appuyer sur ses
connaissancesDéduire des relations
littérales L'élève utilise correctement ses connaissances sur les interactions L'élève interprète correctement l'influence de la distance entre les corps L'élève sait représenter une interaction par un vecteur force Niveau A J leV inTicaWeurV cUoiViV apparaiVVenW TanV leur (quaVi)WoWaliWé Niveau B J leV inTicaWeurV cUoiViV apparaiVVenW parWiellemenW Niveau C J leV inTicaWeurV cUoiViV apparaiVVenW Te manière inVuffiVanWe Niveau D J leV inTicaWeurV cUoiViV ne VonW paV préVenWVRETOUR D'EyPERIENCES
Cette activité a été imaginée suite aux problèmeV eW beVoinV renconWréV lorV Te noV acWiviWéV reVpecWiveV.
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ACTIVITE CLASSE DE SECONDE
SUPPORT(S) D'ACTIVITÉ
Doc. 1 : Superman et la gravitation
Dğs sa naissance, en juin 1938, se posa le problğme de l'origine des TécrivenW le peuple Te OrypWon comme TeV UumainV pluWôW orTinaireV eW capaciWéV VurUumaineV évoluèrenW au fil Te VeV avenWureV eW leV premierV Pour commencerH inWéreVVonV-nouV aux origineV Te SupermanH eW pluV particuliğrement ă sa planğte de naissance, Krypton. Il s'agit d'un problğme d'importance car, d'aprğs les tedžtes, c'est TanV la Tifférence Te graviWé Au XVIIIème ViècleH IVaac NewWon a TécouverW que Teux corpV maVVifVs'attirent aǀec une force proportionnelle au produit de leur masse et inǀerVemenW proporWionnelle au carré Te
leur TiVWance. CeWWe loi univerVelle Te la graviWaWion régiW le mouvemenW TeV planèWeV eW explique pourquoi la
Terre nouV reWienW à Va Vurface. Nn effeWH noWre VenVaWion Te peVanWeur eVW la conVéquence Te la force
graviWaWionnelle que la Terre exerce Vur noWre corpV. Si la Terre éWaiW pluV maVViveH ceWWe VenVaWion VeraiW pluV
Terre. SeV capaciWéV pUyViqueV lui permeWWaienW Tonc Te francUir 7 mèWreV en longueur eW 2 mèWreV en UauWeur.
Ses performances terrestres seront nettement plus impressionnantes d'un facteur Ġgal au rapport entre la
peVer comme un rUinocéroV Vur Terre. Physique ordinaire d'un super hĠrosH NMP ScienceVH 2003CONSIGNES DONNÉES L'ÉLÈVN
ActiǀitĠ 1 ͗ l'interaction graǀitationnelle elle ?2. CommenW la valeur Te ceWWe force varie-W-elle lorVque la TiVWance enWre leV corpV augmenWe ? LorVquGelle
Timinue ?
3. TraTuiV la pUraVe Tu WexWe par une expreVVion liWWérale Te la force " ŃG » Te graviWaWionH en préciVanW la
VignificaWion Te cUaque Werme uWiliVé eW Von uniWé. AWWenWionH ceWWe force eVW égalemenW proporWionnelle à la
conVWanWe Te graviWaWion univerVelle noWée " G ».4. CeWWe expreVVion liWWérale confirme-W-elle la Ternière pUraVe Tu paragrapUe 3 ?
AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 8
Activité 2 : Pourquoi superman peuW-il voler ?
Objectif J Vérifier leV informaWionV TeV Teux TernièreV pUraVeV Tu WexWeH eW expliquer Vi Superman peuW réellemenW
voler...