3.1. Actions et modèles
objet, action, agir, modèle, droite d'action, sens, grandeur physique, force, newton (N), dynamomètre, interactions, actions réciproques.

I. Un monde d'actions

I.1. Mise en évidence des actions.

L'homme tire sur le câble.Le club frappe la balle qui va rouler jusqu'au trouL'archer tend la corde de son arc.La baguette frappe la timbale.

Chacune des situations illustrées ci-dessus, met en évidence une action : tirer, frapper, tendre sont des verbes d'actions. Afin de pouvoir analyser ces situations nous allons devoir adopter un ensemble de règles. Ces règles permettrons de comparer des situations aussi variées que le tir à l'arc ou l'utilisation d'une calculatrice.

 

II. Les modèles scientifiques

En science, les scientifiques ont mis au point un outil pour pouvoir analyser des situations très différentes en essayant de les résumer. Cet outil est la modélisation. C'est à dire que les scientifiques représentent la situation sous une forme qui permet de mieux la comprendre. Il ne s'agit pas de représenter la réalité, mais d'utiliser une façon de décrire la réalité le mieux possible.

Voici la représentation dans le modèle symbolique d'une voiture :
Tu l'auras reconnu, ce modèle symbolise une voiture. Pour représenter une voiture grâce à ce modèle, on a pris comme convention que les roues sont représentée par des cercles et l'habitacle de la voiture par un rectangle. Il ne s'agit pas d'une vraie voiture, mais ce modèle peut être utilisé pour en expliquer le fonctionnement. Par exemple : une voiture possède 4 roues qui roulent sur le sol.

 

Chaque modèle comporte des règles et des conventions pour symboliser les différentes situations. Ces conventions sont valables entre tout les scientifiques, dans toutes les langues. c'est cela qui permet de comprendre et d'analyser des situations identiques partout dans le monde, car nous utilisons le même langage. Les modèles ne sont pas toujours correctes, et parfois un modèle montre des limites. Dans ce cas, il faut soit adapter, soit changer de modèle.

 

Qu'est-ce qu'un modèle?

D'après Robardet et Guillaud (p. 97), « un modèle est un instrument théorique construit en vue d'interpréter et de prévoir des événements concernant des phénomènes. » Les rôles du modèle, tout comme ceux de la théorie, sont d'interpréter et de prédire des phénomènes ainsi que de rechercher des événements nouveaux. Le modèle, contrairement à la théorie, n'a qu'une application locale, à un nombre limité de phénomènes. Par exemple, le modèle atomique de Dalton permet de bien expliquer la solubilité des gaz dans l'eau alors qu'il n'est pas en mesure d'expliquer l'émission de lumière par la matière. Cependant, si le modèle est le plus souvent préféré à la théorie, c'est à cause de sa relative simplicité. Il faut d'ailleurs se souvenir qu'il faut « percevoir les sciences physiques comme sciences de la modélisation (et non pas de la découverte de la réalité). » (Robardet et Guillaud, p. 123)

Il existe différents types de modèles, mais tous ont la même structure. Ils sont composés de concepts qui sont mis en relation selon certaines règles. Qu'ils soient images (ex. : modèle planétaire de l'atome) ou mathématiques, les modèles se doivent de décrire une réalité complexe de manière simple et compréhensible.

Selon Borges et Guilbert (BORGES, A. Tarciso et John K. Guilbert (1999). « Mental Models of Electricity », International Journal of Science Education, vol. 21, no 1, pp. 95-117.), « le modèle d'un système ou d'un domaine doit introduire le vocabulaire approprié, définir les entités produisant le comportement du système.

Extrait d'OPUS | http://www2.fsg.ulaval.ca/opus/scphys4/conseils/model01.shtml

Un modèle est donc :

 

III. Le modèle action

III.1. Vocabulaire

III.2. Convention de représentation

La flèche est orientée et accompagnée du symbole .../..., ce qui signifie que le premier objet agit sur le second, en suivant une droite de direction qui passe par cette flèche (horizontale, verticale ou oblique) et un sens, indiqué par la flèche (gauche, droite, haut, bas).

La flèche part toujours de l'objet qui subit l'action.
L'homme agit sur le câbleLe club agit sur la balleL'archer agit sur la cordeLa baguette agit sur la timbale

Attention /!\ : Dans les conventions de ce modèle, les ellipses doivent avoir la même taille, quelque soit l'objet. Les ellipses, la droite d'action et la flèche doivent être alignés.

  • Objet : tout corps matériel (vivant ou non).
  • Agir : action d'un objet sur un autre objet.
  • Direction : donnée par la droite d'action. 3 types possibles : horizontale, verticale, oblique.
  • Sens : indiqué par la flèche le long de la droite d'action.

IV. Des actions isolées ?

Nous avons représenter des actions isolées. Mais notre modèle est-il valable ?

Reprenons le cas de l'homme suspendu par un câble.
Nous avons modéliser l'action de l'homme qui tire sur le câble. Mais est-ce la seule action visible sur cette image ?

Que se passerait-il si le câble se rompt ? Il semble évident que l'alpiniste ne serait pas dans une situation confortable. Il existe donc également une action du câble sur l'Homme. Il n'existe pas d'actions isolées, mais une série d'interactions.

 Dans notre exemple : L'Homme agit sur le câble (toute sa masse agit sur le câble), et le câble agit sur l'Homme (il le retient et l'empêche de tomber dans le vide).

Prenons un autre exemple :

L'archer tire sur la corde de l'arc. Mais la corde ne se laisse pas déformer facilement. L'archer agit sur la corde pour la tendre, mais la corde de l'arc agit sur le bras de l'archer pour l'empêcher de la déformer.

Nous pouvons représenter cela avec le modèle "action" :

V.          Limites du modèle action

Le modèle action permet de représenter des actions et des interactions entre des objets. Pourtant il n'est pas parfait. Découvrons une de ces limites.
Pour que la balle de golf atteigne le trou. Quelle action devrais-je réaliser ? Dois je taper fort ? Dois-je taper faiblement ?

Le modèle action ne permet pas de mesurer les interactions, ni la valeur de celle-ci. Ce modèle ne permet pas de représenter une quantité pour les interactions.

Nous devrons donc changer de modèle et utiliser le modèle "forces".

Nous allons également découvrir un nouvel instrument de mesure : Le dynamomètre.

  • Actions réciproques : interactions entre deux objets. L'objet A agit sur l'objet B et l'objet B agit sur l'objet A. Il n'y a pas d'actions isolées.

Continuer le thème : Partie 2 : Les forces

 
Autorisation images : photo-libre.fr

Copyright © août 2010 |  Miseur Ludovic | tous droits réservés |  remis à jour le : 09/08/10

Source à renseigner :
Miseur L., «Les sciences.net", www.lessciences.net [en ligne], visité le ...