Plan de Cours | Méthodologie Technique | Mouvement Harmonique Simple : Relation entre MHS et MCU

Objectifs

Durée: (10 - 15 minutes)

L'objectif de cette étape du plan de cours est de garantir que les élèves puissent comprendre et appliquer la relation entre le Mouvement Harmonique Simple et le Mouvement Circulaire Uniforme, les préparant à des calculs pratiques de vitesses et de déformations. Ce savoir est essentiel non seulement pour la compréhension théorique, mais aussi pour l'application dans des contextes pratiques et des situations du marché du travail, où l'analyse des mouvements périodiques est souvent nécessaire.

Objectifs Principaux

1. Comprendre la relation entre le Mouvement Harmonique Simple (MHS) et le Mouvement Circulaire Uniforme (MCU).

2. Appliquer des concepts mathématiques pour calculer des vitesses et des déformations dans le MHS à partir du MCU.

Objectifs Secondaires

1. Développer des compétences analytiques et de résolution de problèmes grâce à des activités pratiques.
2. Encourager l'application des connaissances théoriques dans des situations du monde réel, favorisant le lien avec le marché du travail.

Introduction

Durée: (10 - 15 minutes)

L'objectif de cette étape du plan de cours est d'introduire le sujet aux élèves de manière engageante et pertinente, en connectant des concepts théoriques à des situations pratiques et du marché du travail. Cela aidera à susciter l'intérêt des élèves et à les préparer aux activités pratiques et aux défis qui suivront.

Contextualisation

Le Mouvement Harmonique Simple (MHS) et le Mouvement Circulaire Uniforme (MCU) sont des concepts fondamentaux en physique qui nous aident à comprendre une variété de phénomènes, depuis le fonctionnement des horloges jusqu'au mouvement des planètes. Ces concepts ne sont pas seulement des théories abstraites, mais ont des applications pratiques essentielles dans l'ingénierie, la construction de ponts et de bâtiments, et même dans l'industrie du divertissement, comme la construction de manèges qui dépendent de mouvements périodiques sûrs et prévisibles.

Curiosités et Connexion au Marché

 Curiosité : Le pendule d'une horloge ancienne est un exemple classique de MHS, où le temps d'oscillation est crucial pour la précision de l'horloge.  Lien avec le Marché : En ingénierie civile, la connaissance du MHS est utilisée dans la conception de structures qui doivent résister aux vibrations et aux oscillations, comme les ponts et les gratte-ciels, garantissant la sécurité et la durabilité des constructions. Dans l'industrie automobile, le MHS est fondamental dans la conception de systèmes de suspension pour absorber les impacts et assurer une conduite douce.

Activité Initiale

 Activité Initiale : Montrez une courte vidéo (2-3 minutes) montrant l'application du MHS dans différents contextes, comme dans les horloges, les jouets de parc d'attractions et l'ingénierie civile. Après la vidéo, posez la question provocante suivante aux élèves : 'Comment pensez-vous que le mouvement d'un pendule d'horloge peut être similaire au mouvement d'une roue de voiture ?'

Développement

Durée: (50 - 55 minutes)

L'objectif de cette étape est d'approfondir les connaissances des élèves sur la relation entre le Mouvement Harmonique Simple et le Mouvement Circulaire Uniforme, à travers des activités pratiques, des réflexions et des exercices de fixation. Cela vise à garantir que les élèves ne comprennent pas seulement les concepts théoriques, mais sachent aussi les appliquer dans des situations pratiques et du marché du travail.

Sujets Couverts

1. Définition du Mouvement Harmonique Simple (MHS)
2. Définition du Mouvement Circulaire Uniforme (MCU)
3. Relation entre MHS et MCU
4. Calcul des vitesses dans le MHS en utilisant le MCU
5. Calcul des déformations dans le MHS en utilisant le MCU

Réflexions sur le Thème

Guide les élèves à réfléchir sur la façon dont la compréhension des mouvements périodiques, tels que le MHS et le MCU, peut influencer la conception et la sécurité des structures et des véhicules dans le monde réel. Demandez-leur comment la précision dans le calcul de ces oscillations peut impacter la durabilité et la fonctionnalité des produits et des constructions, en les incitant à réfléchir aux applications pratiques de ces connaissances.

Mini Défi

Construire un Pendule et Analyser son Mouvement

Les élèves vont construire un pendule simple en utilisant des matériaux courants et, ensuite, analyser son mouvement pour comprendre la relation entre le MHS et le MCU.

Instructions

1. Divisez les élèves en groupes de 4 à 5 personnes.
2. Distribuez les matériaux nécessaires : ficelle, petits poids (cela peut être une clé ou un écrou), règle, chronomètre et papier millimétré.
3. Demandez aux groupes de monter un pendule simple en attachant le poids à l'extrémité de la ficelle et en fixant l'autre extrémité à un support stable.
4. Guide les élèves à mesurer la longueur de la ficelle et à enregistrer cette valeur.
5. Instruisez les élèves à tirer le poids du pendule vers une petite hauteur et à le lâcher, permettant qu'il oscille. Utilisez le chronomètre pour mesurer le temps de 10 oscillations complètes et enregistrez la valeur.
6. Calculez la période d'une oscillation en divisant le temps total par 10.
7. Demandez aux élèves de relier le mouvement du pendule à un mouvement circulaire, en dessinant le mouvement circulaire correspondant et en identifiant les vitesses et les angles impliqués.
8. Discutez avec les groupes comment la connaissance du MHS et du MCU aiderait à concevoir une horloge à pendule précise ou un système de suspension efficace.

Objectif: Démontrer la relation entre le Mouvement Harmonique Simple et le Mouvement Circulaire Uniforme à travers la construction et l'analyse d'un pendule simple, favorisant l'application pratique des concepts théoriques.

Durée: (30 - 35 minutes)

Exercices d'Évaluation

1. Décrivez la relation mathématique entre le MHS et le MCU. Comment pouvons-nous utiliser le MCU pour calculer des vitesses dans le MHS ?
2. Un pendule a une longueur de 1 mètre. Si le temps pour 10 oscillations complètes est de 20 secondes, quelle est la période d'une oscillation ? Utilisez cette période pour calculer la vitesse angulaire si le pendule était analysé comme un mouvement circulaire.
3. Expliquez comment la connaissance du MHS peut être appliquée dans la conception d'un pont qui doit résister à des vents forts et des vibrations.

Conclusion

Durée: (15 - 20 minutes)

L'objectif de cette étape du plan de cours est de consolider les connaissances acquises par les élèves, renforçant le lien entre théorie et pratique. Grâce à la récapitulation des contenus et à la discussion sur les applications réelles, les élèves pourront comprendre la pertinence des concepts étudiés et leur importance sur le marché du travail.

Discussion

 Discussion : Facilitez une discussion entre les élèves sur la façon dont la compréhension du Mouvement Harmonique Simple (MHS) et du Mouvement Circulaire Uniforme (MCU) peut être appliquée dans des situations pratiques et sur le marché du travail. Interrogez-les sur comment la construction du pendule et l'analyse de son mouvement ont aidé à comprendre ces relations. Encouragez les élèves à partager leurs réflexions sur les exercices de fixation et la façon dont ces concepts peuvent être utilisés dans des projets d'ingénierie, le design de véhicules et d'autres domaines.

Résumé

 Résumé : Récapitulez les principaux contenus abordés durant le cours : la définition de MHS et MCU, la relation entre ces mouvements et comment utiliser le MCU pour calculer des vitesses et des déformations dans le MHS. Mettez en évidence les activités pratiques réalisées, comme la construction du pendule, et les calculs effectués pour comprendre les oscillations et leurs applications.

Clôture

 Clôture : Terminez le cours en expliquant comment la théorie du MHS et du MCU a été connectée à la pratique et à ses applications réelles. Renforcez l'importance de la connaissance de ces concepts pour la conception sécurisée et efficace de structures et de véhicules, ainsi que d'autres applications dans le marché. Soulignez que la compréhension de ces mouvements périodiques est cruciale pour de nombreux domaines de l'ingénierie et de la technologie, contribuant à la sécurité et à l'efficacité dans des projets du monde réel.