Plan de leçon | Plan de leçon Tradisional | Dynamique : Force de traction

Objectifs

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette première étape a pour but de présenter aux élèves une vue d'ensemble de ce qu'ils vont aborder durant la séance. En identifiant clairement les objectifs, ils pourront se concentrer sur le développement de compétences spécifiques, telles que la compréhension du concept de force de tension, le calcul de cette force et son application à des situations concrètes.

Objectifs Utama:

1. Comprendre que la force de tension correspond à la force exercée par un câble, une corde, une chaîne ou tout autre élément soumis à une traction.

2. Calculer la valeur de cette force dans différents contextes.

3. Résoudre des problèmes nécessitant de faire intervenir les calculs de force de tension.

Introduction

Durée: (10 - 15 minutes)

L’objectif de cette phase est d’attirer l’attention des élèves et de replacer le sujet dans un contexte concret, afin qu’ils puissent relier les notions étudiées à des situations réelles. En éveillant leur curiosité, vous préparez le terrain pour une compréhension approfondie du thème.

Le saviez-vous ?

Saviez-vous que les célèbres ponts suspendus reposent sur l’action de la tension ? Les câbles en acier qui les soutiennent sont constamment sollicités, supportant le poids de l’ouvrage et des véhicules qui y circulent. Ce phénomène illustre parfaitement le rôle essentiel de la tension dans l’ingénierie civile.

Contextualisation

Pour démarrer la séance sur la force de tension, expliquez aux élèves que la physique s’invite dans de nombreuses situations de la vie quotidienne, même si nous ne l’observons pas toujours. Citez par exemple les ascenseurs, où les câbles en acier permettent leur déplacement, ou encore l’escalade, où les cordes assurent la sécurité. Insistez sur l’importance de comprendre ces forces pour garantir sécurité et efficacité dans divers contextes.

Concepts

Durée: (50 - 60 minutes)

Cette partie du cours vise à approfondir le sujet en abordant les notions théoriques liées à la force de tension et en les appliquant à des problèmes concrets. Les élèves renforceront ainsi leur compréhension en liant théorie et pratique, développant des compétences essentielles en calcul et en résolution de problèmes.

Sujets pertinents

1. Définition de la force de tension : Expliquez que cette force est exercée par un câble, une corde, une chaîne ou tout autre élément soumis à une traction, agissant le long de celui-ci pour permettre le transfert de force entre les objets reliés.

2. Application des lois de Newton à la force de tension : Passez en revue les lois de Newton, en mettant particulièrement l’accent sur la deuxième loi (F = m * a). Montrez comment ces principes permettent de calculer la force de tension dans divers scénarios, que ce soit pour des objets immobiles ou en mouvement.

3. Calcul de la force de tension : Présentez la formule de base pour déterminer la force dans un câble, en prenant en compte la tension et la masse des objets impliqués. Illustrez le propos avec des exemples concrets, comme le calcul de la force agissant dans un ascenseur ou pour un bloc suspendu à une corde.

4. Exemples de problèmes résolus : Démontez plusieurs problèmes étape par étape au tableau, en expliquant le déroulé des calculs. Utilisez divers cas pratiques (systèmes horizontaux, inclinés, avec plusieurs masses) et encouragez les élèves à consigner chaque étape afin de comprendre la logique sous-jacente.

5. Étude de cas concrets : Présentez des situations réelles où la force de tension joue un rôle crucial, comme dans les ascenseurs, les téléphériques ou encore les ponts suspendus. Discutez de la manière dont la tension est calculée et de l’importance d’une précision absolue pour garantir sécurité et fiabilité.

Pour renforcer l'apprentissage

1. 1. Un bloc de 10 kg est suspendu par une corde. Quelle est la valeur de la tension dans cette corde ?

2. 2. Un ascenseur de 500 kg est accéléré vers le haut avec une accélération de 2 m/s². Quelle est la tension exercée par le câble qui le soulève ?

3. 3. Deux blocs, l’un de 5 kg et l’autre de 10 kg, sont reliés par une corde et tirés horizontalement par une force de 30 N. Quelle est la tension dans la corde qui les relie ?

Retour

Durée: (20 - 25 minutes)

Cette étape permet de revenir sur les acquis en s'assurant que les élèves ont bien compris les concepts et les méthodes de calcul liés à la force de tension. En échangeant sur les réponses et en animant un débat, l’enseignant peut repérer d’éventuelles difficultés et clarifier les points moins bien compris.

Diskusi Concepts

1. 1. Pour le bloc de 10 kg : il faut comprendre que la tension dans la corde compense exactement le poids du bloc. On utilise la formule T = m * g, avec g ≈ 9,8 m/s², ce qui donne T = 10 kg * 9,8 m/s² ≈ 98 N. 2. 2. Pour l’ascenseur de 500 kg : le câble doit non seulement contrebalancer la force gravitationnelle mais aussi fournir un extra pour l’accélération vers le haut. On calcule alors F = m * (g + a) = 500 kg * (9,8 + 2) = 500 kg * 11,8 m/s² = 5900 N. 3. 3. Concernant les deux blocs sur plan horizontal : on détermine d’abord l’accélération du système avec a = F / (m1 + m2) = 30 N / (5 kg + 10 kg) = 2 m/s², puis on calcule la tension dans la corde du bloc de 5 kg via T = m1 * a = 5 kg * 2 m/s² = 10 N.

Engager les étudiants

1. Comment évolue la force de tension lorsqu’un système subit une accélération, par opposition à un système soumis uniquement à la gravitation ? 2. Pouvez-vous identifier d’autres exemples de la vie quotidienne où la force de tension intervient et expliquer comment vous calculeriez son intensité ? 3. Pourquoi est-il indispensable de prendre en compte l’ensemble des forces agissant dans un système pour calculer correctement la tension ? 4. Quels obstacles avez-vous rencontrés en résolvant ces problèmes et quelles stratégies avez-vous adoptées pour les dépasser ?

Conclusion

Durée: (10 - 15 minutes)

La conclusion vise à récapituler les points essentiels de la séance, à consolider l’ensemble des connaissances acquises et à préparer les élèves à appliquer ces notions dans des contextes réels et académiques.

Résumé

["La force de tension correspond à l'action exercée par un câble, une corde ou une chaîne lorsqu'ils sont sollicités par une traction.", "L'application des lois de Newton, en particulier la deuxième loi (F = m * a), est indispensable pour comprendre et calculer cette force.", 'Le calcul de la force de tension repose sur la prise en compte de la masse des objets et de la traction exercée.', 'Les exercices pratiques permettent d’illustrer l’application de ces notions dans divers contextes (ascenseurs, blocs suspendus, systèmes horizontaux, etc.).', 'L’étude de cas concrets, tels que les ascenseurs, les téléphériques et les ponts suspendus, montre l’importance d’une précision absolue dans les calculs pour garantir la sécurité des structures.']

Connexion

La séance a su lier théorie et pratique en proposant des exemples concrets et des calculs détaillés, permettant ainsi aux élèves d’appréhender l’application de la force de tension dans leur quotidien.

Pertinence du thème

Maîtriser le concept de force de tension est essentiel, que ce soit pour des activités sportives comme l’escalade ou pour des applications en ingénierie telles que la conception de ponts et de téléphériques. Savoir calculer cette force contribue directement à la sécurité et à l’efficacité des systèmes étudiés.