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Le frottement cinétique : analyse des raisonnements des étudiants Dans toute Ia suite, pour éviter toute ambiguïté de langage, Ia composante tangentielle de toute force de contact (ici, il s'agit de forces horizontales) sera appelée force de frottement ; Ie bloc sur lequel l'expérimentateur exerce Ia force constante P, Ie bloc moteur, et tous les autres, les blocs passifs 1 . À une interface de contact correspondent ainsi deux forces de frottement fet f qui, d'après Ia loi des actions réciproques, sont telles que f*= - f*, chacune s'exerçant sur un bloc différent. Pour bien mettre en évidence Ie fait que ces forces s'exercent sur des objets différents, tout en étant localisées au niveau de Ia surface de contact, nous avons inscrit sur les figures de l'encadré 2 Ie schéma habituel et des schémas «éclatés», c'est-à-dire des schémas sur lesquels les objets en contact sont artificiellement séparés. De plus, pour ne pas surcharger les figures, nous n'avons dessiné que les seules forces horizontales. Ainsi, Ie sens de Ia force de frottement s'exerçant sur Ie bloc moteur est opposé à celui de Ia force F, et opposé à celui du sens du mouvement de ce bloc par rapport à Ia table. Le sens de Ia force de frottement s'exerçant sur Ie bloc passif est en revanche Ie même que celui du mouvement de ce bloc par rapport à Ia table. Encadré 2 : Bilan des forces horizontales La résultante des forces de frottement, contenue dans Ie plan tangent à Ia surface de contact, s'oppose au mouvement relatif de glissement au contact d'un solide par rapport à l'autre. Par Ia suite, nous appellerons mouvement relatif, Ie mouvement relatif de glissement des deux blocs en leurs points de contact, et mouvement effectif, Ie mouvement d'un bloc par rapport à Ia table. 1 Ainsi, Ie bloc moteur est, dans Ia situation du questionnaire A1, Ie bloc n° 1 et, dans les situations des questionnaires A2 et C, Ie bloc n° 2. Les blocs passifs sont Ie bloc 2 pour Ie questionnaire A1, Ie bloc 1 pour Ie questionnaire A2 et les blocs 1 et 3 pour Ie questionnaire C. Didaskalia-n°6-1995 59
Helena CALDAS, Edith SALTIEL 2. RESULTATS 2.1. Schémas de forces La majorité des étudiants (et ceci quel que soit Ie pays d'origine) ne dessine qu'une seule force de frottement (63,5 %), force que nous appelleron| force solitaire. 79 % de ces forces solitaires sont en sens opposé à F, contre 19 % dans Ie même sens que F. Une minorité (31,5 %) dessine deux forces de frottement, c'est-à-dire les deux forces ?e\ P, forces que nous appellerons «mariées» pour bien indiquer qu'elles obéissent à Ia troisième loi de Newton et qu'il existe donc une relation entre elles. Très peu d'étudiants ayant dessiné des forces mariées (10 % environ) déclarent que Ia force de frottement agissant sur Ie bloc passif a un rôle moteur pour ce bloc. Lorsque c'est Ie cas, les justifications sont claires, comme Ie montrent ces quelques citations 2 : «La force de frottement ne s'oppose pas au mouvement de (2). Cette force produira Ie mouvement du bloc, car, sur Ie bloc (2), on a IFx = f2 = m2a2.» «Le bloc de masse m1 se déplace vers Ia droite dans Ie sens de Ia force de frottement de (2) sur (1). La force de frottement ne s'oppose pas, au contraire, c'est Ia responsable du mouvement.» «La force de frottement sur Ie bloc (1), c'est exactement Ia force qui lui imprime Ie mouvement ; elle ne s'oppose donc pas au mouvement. Si cette force n'existaitpas, Ie bloc (2) se déplacerait librement sur m1 et m1 resterait immobile.» Deux questions se posent à ce niveau : - que représente pour les étudiants Ia force unique dessinée ? A-t-elle été construite à partir de F, comme force qui s'oppose à F ? A-t-elle été construite pour expliquer Ie mouvement d'un des blocs ? Dans ce cas, sur quel(s) objet(s) agit-elle ? Un seul, les deux ? - que représentent les deux forces dessinées lorsqu'une d'entre elles n'est pas déclarée être Ia responsable du mouvement du bloc passif ? 2 Pour ne pas surcharger les figures, nous n'avons jamais dessiné Ie support sur lequel reposent les deux blocs. Pour que Ie lecteur n'ait pas à se reporter en permanence à l'énoncé du questionnaire, nous avons systématiquement hachuré, sur Ie schéma qui accompagne chaque citation, Ie bloc sur lequel porte Ia question. 60 Didaskalia - n 0 6 - 1995
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