plan de cours - Cégep du Vieux Montréal

Cégep du Vieux Montréal
Département de Sciences de la nature
Physique
PLAN DE COURS
Titre du cours :
MÉCANIQUE
Numéro du cours :
203-NYA-05
Prérequis :
201-NYA (Calcul différentiel)
Pondération :
3-2-3
Compétence visée :
OOUR
Programmes :
200.B0
200.12
Session :
Hiver 2011
Groupe :
1137
Professeur :
Bureau :
Téléphone :
Courriel :
Site internet :
Sciences de la nature
Double DEC
Pierre Noël de Tilly
10.58
(514) 982-3437 poste 7652
[email protected]
www.cvm.qc.ca/pnoel
203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
1- LA COMPÉTENCE VISÉE PAR LE COURS
Objectif
Standard
Énoncé de la compétence
Analyser différentes situations et phénomènes physiques à partir des principes fondamentaux
reliés à la mécanique classique.
Éléments de la compétence
Critères de performance
1. Décrire le mouvement de translation et de
rotation des corps.
Utilisation appropriée des concepts, des lois et
des principes.
2. Appliquer les concepts et les lois de la
dynamique à l’analyse du mouvement des
corps.
Schématisation adéquate des situations
physiques.
3. Effectuer des calculs de travail et d’énergie
dans des situations simples.
4. Appliquer les principes de conservation de
la mécanique.
5. Vérifier expérimentalement quelques lois et
principes reliés à la mécanique.
Utilisation d’une terminologie appropriée.
Représentation graphique et mathématique
adaptée à la nature du mouvement.
Justification des étapes retenues pour
l’analyse des situations.
Application rigoureuse des lois de Newton et
des principes de conservation.
Jugement critique des résultats.
Interprétation des limites des modèles.
Expérimentation minutieuse.
Présence des éléments constituants d’un
rapport de laboratoire selon les normes
établies.
2- PRÉSENTATION DU COURS
2.1 Description du cours
Par l'acquisition de connaissances de base en mécanique classique, ce cours a pour
objectif principal de développer chez l'étudiant une pensée scientifique rigoureuse en
lui faisant découvrir les grandes lois qui régissent le mouvement à l'échelle du monde
macroscopique et les grands principes de conservation tout en l'initiant à la méthode
scientifique.
2
203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
2.2 Place du cours dans le programme de formation
Dans le programme de Sciences de la nature 200.B0, et de Double DEC (Sciences de la
nature et Sciences humaines) 200.12, le cours de physique Mécanique NYA est le
premier d'une série de trois cours (NYA-NYB-NYC) qui assurent une formation
scientifique de base aux étudiants se destinant aux études universitaires à caractère
scientifique.
2.3 Buts généraux du programme
Le cours de mécanique contribue de façon significative à l'atteinte des buts généraux
suivants du programme de Sciences de la nature:
Connaissances et habiletés
1.
2.
3.
4.
Appliquer la démarche scientifique.
Résoudre des problèmes de façon systématique.
Raisonner avec rigueur.
Situer le contexte d'émergence et de développement des concepts
scientifiques.
Techniques de traitement d'information et de communication
1. Utiliser des technologies appropriées de traitement de l'information.
Aptitudes personnelles
1. Travailler en équipe.
2. Développer des attitudes propres au travail scientifique.
2.4 Objectifs du cours
À la fin du cours, l'étudiant devrait avoir complètement atteint la l’objectif global
suivant :
Analyser différentes situations à partir des principes fondamentaux reliés à la
mécanique classique.
Objectifs spécifiques
Le schéma de la page suivante illustre le lien entre les objectifs spécifiques et les grands
thèmes du cours.
3
203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
À la fin du cours,
l'étudiant devrait être capable
d’atteindre les objectifs spécifiques
suivants :
Analyser des situations à l’aide de
la cinématique de translation et
de rotation.
Analyser des situations à l’aide des
lois de la dynamique de translation
et de rotation.
Analyser des situations à l’aide du
principe de la conservation de
l’énergie.
Analyser des situations à l’aide du
principe de conservation de la
quantité de mouvement.
Rédiger un rapport de laboratoire
complet.
Appliquer la démarche scientifique.
Travailler en équipe.
Utiliser des technologies
appropriées au traitement de
l’information.
Thèmes du cours :
Cinématique de translation
Dynamique de
translation
Mouvement de
rotation et équilibre
statique
Mouvement de
rotation et équilibre
statique
Mouvement de
rotation et équilibre
statique
Travail et énergie
Principes de
conservation de la
mécanique
Mouvement de
rotation et équilibre
statique
Laboratoires de mécanique
Résoudre des problèmes de façon systématique.
3- ORGANISATION DES ACTIVITÉS D’ENSEIGNEMENT ET D’APPRENTISSAGE
Afin de permettre à l'étudiant de développer les compétences décrites plus haut, des
activités sont prévues chaque semaine. On les classe en activités d'enseignement
(moyens pris par le professeur) et activités d'apprentissage (moyens pris par l'étudiant).
4
203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
3.1 Rôles respectifs
Moyens pris par le professeur
Exposés informels à l'aide
d'instruments didactiques variés
(diaporamas, simulations, etc.);
Démonstrations en classe;
Supervision des activités
d'apprentissage proposées en
classe;
Correction détaillée de certains
devoirs;
Supervision des laboratoires;
Correction détaillée des rapports
de laboratoire.
Moyen pris par l'étudiant
Écoute et participation en classe (participation aux
activités proposées, questionnement, réponses aux
questions posées par le professeur ou par les
collègues);
Étude et vérification de ses apprentissages par les
exercices et devoirs;
Préparation aux cours par les lectures appropriées;
Préparation aux laboratoires (lecture des
protocoles);
Participation active aux laboratoires;
Participation active aux discussions d’équipe;
Exécution attentionnée des travaux (incluant
devoirs, rapports et lectures) et respect des
échéances.
Consultation du professeur en dehors des cours, au
besoin.
3.2 Quelques précisions sur les activités
Dans la mesure du possible, le professeur présentera des applications techniques
tirées de contextes de la vie courante et de la technologie.
L'étudiant, devra utiliser une calculatrice scientifique, l'ordinateur (Excel, Word et
Interactive Physics) et d'autres instruments appropriés.
3.3 Déroulement et fonctionnement des cours
Par semaine, le cours comprend :
3 périodes de théorie en classe : la présentation de la matière par le professeur et
les étudiants fera ressortir les notions essentielles. Des exercices et des problèmes
permettront de les rendre plus claires. Au moins trois (3) problèmes contextualisés
en groupes coopératifs auront également lieu en classe.
3 périodes au laboratoire : au moins cinq (5) expériences illustreront les grands
principes. Les autres séances seront utilisées pour des démonstrations, des
examens, des exercices, des explications, etc.
3 périodes de travail personnel : chaque cours de physique demande, de la part
de l'étudiant, un travail personnel constant d’au minimum 3 heures par semaine
et ce dès la première semaine. Afin de respecter ce temps de travail, des
périodes d’exercices supervisés en classe auront également lieu. L’étudiant devra
y participer de façon la plus efficace possible.
5
203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
4- CONTENU
4.1 Contenu minimum
L'étudiant devra avoir compris les notions de:
Quantités physiques scalaires et vectorielles: unités et dimensions.
Cinématique des différents mouvements de rotation et translation: position,
déplacement, vitesse linéaire et angulaire, accélération.
Force, dynamique de translation et de rotation.
Énergie et travail mécanique.
Principes de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement.
4.2 Contenu détaillé
Le contenu détaillé fait référence au volume utilisé par les étudiants : Physique XXI,
Tome A : Mécanique de Marc Séguin (ERPI). Les sections marquées d'un astérisque (*)
ne sont pas sujets à examen à moins d’avis contraire. Une liste détaillée des exercices
à faire dans chaque section sera fournie au début de la session pour les chapitres 1 et
2, et à la mi-session pour les chapitres 3 et 4.
Cinématique de translation
Chapitre 1 : Cinématique
1.1 Les unités et le système international
1.2 La vitesse moyenne et la vitesse scalaire moyenne
1.3 La vitesse instantanée
1.4 Les vitesses relatives en une dimension
1.5 L’accélération
1.6 Le mouvement uniformément accéléré
1.7Le MUA en une dimension sous l’effet de la gravité
1.8 Le MUA à plusieurs paliers
1.9 La cinématique vectorielle et Annexe M7
1.10 La chute libre en deux dimensions (projectiles)
1.11 Les vitesses relatives en deux dimensions*
1.12 Le mouvement circulaire et l’accélération centripète
1.15 Une brève histoire de la cinématique*
1.16 Synthèse du chapitre
Dynamique de translation
Chapitre 2 : Dynamique
2.1 Les lois du mouvement de Newton
2.2 La force gravitationnelle
2.3 Les forces de contact
2.4 La réciprocité des forces
2.5 Les coefficients de frottement
2.6 La dynamique des systèmes
2.7 La dynamique du mouvement circulaire
2.8 Le poids apparent et la gravité artificielle
6
203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
2.12 Une brève histoire de la dynamique*
2.13 Synthèse du chapitre
Travail, énergie et principes de conservation de la mécanique
Chapitre 3 : Principes de conservation
3.1 Le travail et l’énergie cinétique
3.2 L’énergie potentielle élastique d’un ressort idéal
3.3 L’énergie potentielle gravitationnelle
3.4 Le principe de conservation de l’énergie
3.5 Les forces conservatives
3.7 La puissance
3.10 La conservation de la quantité de mouvement
3.11 Les collisions élastiques
3.12 L’impulsion
3.13 Une brève histoire des principes de conservation*
3.14 Synthèse du chapitre
Mouvement de rotation et équilibre statique
Chapitre 4 : Mécanique des corps
4.1 La cinématique de rotation
4.2 Le moment de force et l’équilibre statique
4.3 Le centre de masse
4.4 Le moment d’inertie et l’énergie cinétique de rotation
4.6 Le théorème des axes parallèles
4.7 La dynamique de rotation
4.8 L’énergie, le travail et la puissance en rotation
4.9 La conservation du moment cinétique
4.10 La nature vectorielle des paramètres angulaires
5- ÉVALUATION
5.1 Évaluation formative
L'étudiant recevra une évaluation formative chaque fois qu'il répondra aux questions
du professeur en classe et au laboratoire et lorsqu'il effectuera les exercices lors de
séances de travaux dirigés. Il peut aussi rencontrer le professeur à son bureau pour
recevoir une rétroaction sur son travail.
5.2 Évaluation sommative
L'étudiant sera soumis à des évaluations sommatives sous forme de:
- Trois examens partiels comportant des questions à développement et à choix
multiple;
- Un examen synthèse comportant des questions à développement et qui portera
sur toute la matière du cours : il tient lieu d’épreuve certificative;
- Des rapports de laboratoire;
- Des devoirs et tests de lecture;
- Des problèmes contextualisés.
7
203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
Répartition des points :
EXAMENS
I
II
III
Examen synthèse
TOTAL
Chapitre 1
Chapitre 2
Chapitre 3
Chapitres 4 et synthèse
des chapitres 1, 2 et 3
PONDÉRATION EN
POINTS
15
15
15
10
(ch.4)
20 (synthèse)
75
DEVOIRS ET
MINI-TESTS
Devoirs et mini-tests à
déterminer
VALANT CHACUN
( POINTS )
PONDÉRATION EN
POINTS
Jusqu’à 5 points boni
PROBLÈMES
CONTEXTUALISÉS
3 ou 4
VALANT CHACUN
( POINTS )
5/3 ou 5/4
PONDÉRATION EN
POINTS
5
EXPÉRIENCES
PORTANT SUR
1
2
3
4
5
TOTAL
Métrologie
Cinématique
Dynamique
Force centripète
Conservation de l’énergie
PONDÉRATION EN
POINTS
Formatif
5
5
5
5
20
GRAND TOTAL
Théorie : 75%
Examens
PORTANT SUR
100
Il y aura 4 examens. La note allouée à chaque question ou problème sera
inscrite sur le questionnaire de l'examen. Voir le calendrier des activités pour les
dates précises.
Les examens seront composés de questions, exercices et problèmes de même
niveau que ceux du livre de Marc Séguin. On exige des solutions complètes
déduites des lois générales. Ces solutions s'appuieront sur des schémas ou
diagrammes clairs. Ni les notes personnelles, ni les notes de cours, ni les livres ne
sont permis lors d'un examen. Les symboles et unités employés sont ceux du
Système International d'unités (SI). La durée d'un examen varie entre 100 et 150
minutes.
Devoirs et
mini-tests
Un devoir sera ramassé avant chaque examen. On exige des solutions complètes
déduites des lois générales. Ces solutions s'appuieront sur des schémas ou
diagrammes clairs. Les devoirs sont un moyen d’obtenir une rétroaction, de la
part du professeur, sur vos apprentissages avant les examens. La politique des
retards est la même que pour les rapports.
Les mini-tests, au début de chaque cours qui demandait une lecture préalable,
sont un moyen de vérifier si l’étudiant est apte à participer au bon déroulement
du cours. Ils permettent également de vérifier où sont les difficultés qui méritent
d’être approfondies.
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203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
Expériences et problèmes contextualisés : 25 %
Expériences
Il y aura au moins 5 expériences de laboratoire à faire en équipe. Les rapports de
laboratoire doivent être remis à la date annoncée dans le calendrier (voir
annexe II). Tout retard sera pénalisé de 10% de la note maximum par jour
ouvrable. Aucun rapport ne sera accepté après la remise des rapports corrigés.
Une absence au laboratoire, même si vous remettez un rapport, entraîne la note
zéro. Certaines expériences exigeront des rapports complets, d’autres des
rapports simplifiés.
Problèmes
contextualisés
Il y aura au moins 3 problèmes contextualisés en groupes coopératifs qui seront
à résoudre en classe.
Critères de performance
Les critères de performance qui serviront à évaluer les travaux sommatifs sont les
suivants:
Critères généraux pour les devoirs et examens (incluant l’épreuve certificative)
E1- Utilisation appropriée des concepts, des lois et des principes.
E2- Schématisation adéquate des situations physiques.
E3- Utilisation d'une terminologie appropriée.
E4- Représentation graphique et mathématique adaptée à la nature du mouvement.
E5- Justification des étapes retenues pour l'analyse des situations.
E6- Application rigoureuse des lois de Newton et des principes de conservation.
E7- Jugement critique des résultats.
E8- Interprétation des limites des modèles.
Critères généraux pour les rapports de laboratoire
L1- Expérimentation minutieuse.
L2- Présence des éléments constituants d'un rapport de laboratoire selon les normes.
Conformément à la Politique d’évaluation des apprentissages du cégep, le
professeur pourra retrancher jusqu’à 10 % de la valeur maximale de chaque
évaluation si la qualité du français employé n’est pas adéquate. Il le fera
systématiquement lors de l’évaluation d’un rapport de laboratoire.
6- RESSOURCES DIDACTIQUES
Matériel requis
Manuel de cours:
Séguin, Marc, « Physique XXI – Mécanique », (environ 60$)
Éditions du renouveau pédagogique
Calculatrice:
Calculatrice scientifique (Même modèle qu’en mathématiques).
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203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
Autres références
AUGER, André, Physique Mécanique, Les Editions Le Griffon d'argile.
BENSON, Harris, Physique I – Mécanique, Éditions du renouveau pédagogique.
BOISCLAIR et PAGÉ, Guide des sciences expérimentales, 2e éd., ERPI.
DIONNE, B. Pour réussir, guide méthodologique pour les études et la recherche,
Éditions Études Vivantes. [chapitre 4 surtout]
DIONNE, B. Pour réussir, guide méthodologique pour les études et la recherche
(sciences de la nature). Éditions Études Vivantes. [chapitre 11 surtout]
SERWAY, R.A., Physique- Mécanique, 3e éd., Lidec.
RESNICK-HALLIDAY, Mécanique- physique I. Éditions du renouveau pédagogique.
Logiciels utilisés
Interactive Physics 2000 http://www.interactivephysics.com.
PHUN Physics (Algodoo) http://www.phunland.com/wiki/Home
7- DIVERS
7.1 Disponibilité du professeur
L'étudiant peut rencontrer le professeur à son bureau en tout temps, sans rendezvous. Cependant, pour éviter de venir le rencontrer alors qu'il est absent ou
incapable de se rendre disponible, il est préférable de prendre rendez-vous au
moins 24 heures à l'avance. L’horaire des disponibilités officielles du professeur est
affiché en face de la porte de son bureau (10.58).
7.2 Règlements particuliers
Tout plagiat, ou collaboration à un plagiat, entraîne la note zéro pour le travail
ou l'examen concerné, et il n'y a aucun droit de reprise.
Un retard de plus de dix minutes peut être considéré comme une absence et le
professeur peut exiger que l’étudiant attende la période suivante avant d’entrer
en classe.
Pour réussir le cours, il faut avoir au moins 50% en théorie, au moins 50% en
laboratoire et 60% pour la note globale.
Pour tout renseignement supplémentaire, voir la Politique d’évaluation des
apprentissages du département des Sciences de la nature disponible sur le site
WWW du département.
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203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
7.3 Encadrement
Mesure de mise à jour et de récupération de début de session
Cette mesure vise à éviter les abandons et à remettre le plus rapidement
possible sur la voie de la réussite les étudiants ayant échoué leur premier
examen d’une discipline.
La mesure s’adresse aux étudiants ayant obtenu une note inférieure à 60%
au premier examen.
Les étudiants doivent avoir été présents aux cours (maximum de une
absence et pas de retard systématique).
Les étudiants visés par la mesure reçoivent un travail à faire (exercices ou
autre) qui doit leur permettre de se mettre à jour.
Le professeur rencontre ces étudiants lorsque le travail est complété et
s’assure que toute la matière vue est bien comprise. Sinon, il peut
suggérer d’autres travaux.
Les étudiants qui ont complété leur travail et rencontré leur professeur
peuvent alors passer un examen de reprise (le professeur prépare un seul
examen pour tous les étudiants ayant droit à cette mesure. Le niveau de
l’examen est au moins égal à celui que les étudiants avaient échoué. Cet
examen peut se tenir durant les journées d’encadrement).
L’étudiant qui réussit cet examen se voit accorder la note de passage :
60% pour l'examen 1. En cas d'échec, il conserve la note de l'examen
régulier.
Mesure d’encadrement de fin de session et examen de synthèse
Le dernier examen porte sur la matière vue durant toute la session. À ce
titre cet examen permet d'évaluer l'ensemble des compétences théoriques
acquises par l'étudiant. Par conséquent, un étudiant qui échoue selon le
calcul prévu qui tient compte de toutes les évaluations se verra accorder
la note de passage s’il remplit les 3 conditions suivantes :
Il a obtenu la note de passage aux laboratoires et problèmes
contextualisés : 60%.
Il a obtenu la note de passage au dernier examen (examen synthèse) :
60%.
Il a participé à tous les examens. Son taux d’absence est inférieur à 15%. Il
n’a pas de retards systématiques.
BONNE SESSION !
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203-NYA Mécanique
Plan de cours, H-2011
CALENDRIER HIVER 2011
PHY NYA - MÉCANIQUE
Groupe 1137
COURS
JOUR
DATE MOIS
MATIÈRE
1
Lundi
24
janvier
Introduction et 1.1
2
Jeudi
27
janvier
1.2-1.3-1.4-1.5-1.6
3
Lundi
31
janvier
4
Jeudi
3
février
5
Lundi
7
février
TESTS ET EXPÉRIENCES
Laboratoire 1 (métrologie)
1.7-1.8
Laboratoire 2 (cinématique)
Remise du Laboratoire 1
6
Jeudi
10
février
1.9-1.10
7
Lundi
14
février
(pas 1.11) 1.12
8
Jeudi
17
février
9
Lundi
21
février
10
Jeudi
24
février
Remise du Laboratoire 2
Problème contextualisé 1
Remise du Devoir 1
Révision et 2.1
Examen I sur ch. 1
11
Lundi
28
février
2.2-2.3-2.4-2.5
12
Jeudi
3
mars
2.6-2.7- 2.8
13
Lundi
7
mars
Laboratoire 3 (dynamique)
14
Jeudi
10
mars
Problème contextualisé 2
Lundi
14
mars
Journées d’encadrement
Journées d’encadrement
Journées d’encadrement
Jeudi
17
mars
Journées d’encadrement
Journées d’encadrement
Lundi
21
mars
Journées d’encadrement
Laboratoire 4 (force centripète)
Remise du Laboratoire 3
Remise du Devoir 2
15
16
Jeudi
24
mars
17
Lundi
28
mars
18
Jeudi
31
mars
3.2-3.3-3.4
19
Lundi
4
avril
3.5 (pas 3.6) 3.7 (pas 3.8)
(pas 3.9) 3.10-3.11-3.12
20
Jeudi
7
avril
21
Lundi
11
avril
22
Jeudi
14
avril
23
Lundi
18
avril
24
Jeudi
21
avril
Révision et 3.1
Examen II sur ch. 2
Laboratoire 5 (énergie)
Problème contextualisé 3
Examen III sur ch. 3
Lundi
25
avril
CONGÉ
Jeudi
28
avril
4.2-4.3
26
Lundi
2
mai
4.4 ( pas 4.5) 4.6-4.7
Jeudi
5
mai
28
Lundi
9
mai
4.8-4.9-4.10
Révision
Jeudi
12
mai
Lundi
16
mai
Vendredi
20
mai
CONGÉ
CONGÉ
Remise du Laboratoire 5
Problème contextualisé 4
27
30
Remise du Devoir 3
Révision et 4.1
25
29
Remise du Laboratoire 4
10h00
Local 10.58
Révision
Remise du Devoir 4
Examen synthèse sur ch. 4 et Synthèse
Reprises d'examens pour ceux qui étaient
absents avec motif valable à au plus un test
Note : les numéros des exercices à faire dans chaque section seront spécifiés
dans le plan de travail distribué en classe et disponible sur mon site.
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