Dehors « L’air »
- Date : 3 février 2026
- Lieu : Muzoo
- Nombre d’élèves : 18
- Niveau : quatrième Harmos
- Temps : couvert, froid et neige
- Temps de travail : env. une heure
- Numéro de la séance du document de référence :
Objectifs
Après la gravité et les problèmes liés à la compréhension du rôle de l’air dans la chute des corps, on se focalise sur le milieu dans lequel on évolue et plus particulièrement sur sa résistance.
Préliminaire
Des impératifs scolaires nécessitant un retour au collège quelques minutes avant l’heure, il n’y eut aucun préliminaire.
Mais il faut relever qu’un rappel des consignes de sécurité relativement aux boules de neige et aux voitures a dû être fait. Ainsi si, avant de travailler, se déplacer dehors peut nécessiter un temps plus important qu’en classe, il permet aussi une véritable sensibilisation aux règles de conduite en déplacement. D’autre part, le temps pris pour se déplacer est une période tampon entre le retour à l’école et le début du travail. Particulièrement l’après-midi, cette période est nécessaire pour pouvoir ensuite travailler correctement.
Travaux pratiques
À nouveau, l’expérimentation fut ensuite à l’honneur.
Deux notion ont été abordées : la pression et la force de l’air.
Pression de l’air
La pression est une notion complexe. Il s’agit de la force par unité de surface. Beaucoup la confondent avec la force. C’est le parti pris par la première expérience réalisée : placer un papier A5 contre sa poitrine et le faire tenir sans les mains et sans l’accrocher.
Force de l’air
L’idée était de ressentir la force de l’air en augmentant la surface. Deux expériences furent réalisées : avec un petit parachute et avec un grand.
L’idée était de les faire courir avec la surface d’un petit parachute parallèle, puis perpendiculaire, au flux d’air (obtenu par la course).
Puis, il s’agissait, avec un grand parachute de ressentir l’air qu’on pouvait y enfermer.
Enfin, on est revenu sur un objet précédemment utilisé. Il s’agissait de demander aux élèves de faire tenir en l’air une grande plume en soufflant dessus.
Résultats
Pression de l’air
Il ne fut pas évident de réaliser l’opération. La grande majorité des élèves pensa qu’il était nécessaire qu’il y ait du vent. Mais l’idée de créer son propre vent, c’est-à-dire de courir, non seulement ne vint pas immédiatement, mais la majorité pensèrent qu’il fallait courir très vite pour faire tenir la feuille et pour cela il se mirent à utiliser la gravité en courant le long d’une pente à proximité.
Dans leurs recherches pour que cela tienne le plus longtemps possible contre eux, aucun élève ne pensa à plier la feuille pour voir si la surface de celle-ci était importante (la surface du profil perpendiculaire au flux d’air entre dans le cœfficient de frottement de l’air avec la surface, pas celui de la feuille avec le vêtement sec).
Pourtant dans leur première expérimentation sur le poids, en constatant qu’une plume tombait moins rapidement qu’une boule de neige, tous avaient reconnu que la taille de la plume (donc sa surface) était importante. Il faut préciser que les plumes recueillies alors (voir la séance précédente dehors), étaient très petites et qu’on pouvait facilement supposer que plus grandes tomberaient moins vite.
Force de l’air
La première partie de l’expérience a été difficile à réaliser. En effet, si courir en tenant le parachute horizontal était facile, le tenir vertical (perpendiculaire au flux d’air) a été difficile pour les élèves.
Il aurait été préférable d’utiliser une banderole montée sur deux bambous, les poignées du parachute le contraignant à rester horizontal.
Aucun commentaire sur la dépendance de ce qu’il ressentaient avec la surface n’a donc été fait, ce qui est presque normal.
Avec le grand parachute, si la force à exercer était bien plus grande, elle était par contre répartie entre de plus nombreux élèves.
Sans l’utiliser réellement, la fin de l’expérience permit d’emprisonner l’air par une tentative de fermer le parachute, comme le montre la vidéo. Cette expérience pourrait permettre ensuite d’aborder Archimède en situant cet air dans un environnement plus froid. Le chauffer a été envisagé, mais le temps a manqué.
Enfin, si l’expérience du vol de la plume ne fut pas un véritable succès au yeux des élèves, elle a été à l’origine d’une découverte intéressante pour eux : pour faire tenir la plume, il faut souffler par dessous et vers le haut. Ce n’était pas évident.
Une fois de plus l’occasion était unique de constater physiquement que c’est l’air qui ralentit la chute et cela d’autant plus que les plumes choisies, totalement inadaptées à l’expérience, tombaient presque aussi vite qu’une boule de neige parce qu’en raison de leur nervure elle basculaient verticalement en diminuant considérablement la surface de frottement.
Mais pour susciter une telle constatation, il aurait fallu utiliser aussi des plumes de duvet, plus petites et qui « volent » bien mieux.
Finalement
Il faut reconnaître que le hasard de l’expérimentation est souvent heureux à celui qui sait l’analyser. En effet, le choix des élèves d’utiliser la pente pour augmenter la vitesse leur permettant de mieux faire tenir la feuille sur le poitrine, montre non seulement qu’il savent parfaitement que la vitesse intervient dans la force de frottement de l’air, mais aurait pu leur laisser comprendre que c’est l’air qui ralentit la chute de la plume et non sa masse. Ce qu’il n’ont pas fait, bloqués qu’ils étaient dans leur représentation aristotélicienne de la chute des corps. Cette conception s’apparente à un stade de Freinet que l’élève physicien à beaucoup de mal à dépasser, malgré l’expérience.
Pour le confirmer, le célèbre film du cosmonaute qui laisse tomber sur la Lune un marteau et une plume simultanément, a été passé aux élèves au lendemain de la sortie présentée ici. Il est inutile d’insister sur leur surprise. Certains ne voulaient croire que les deux objets tombaient simultanément, tant Aristote est là.
