Grandeurs, dimensions et unités en science

Salut à tous,

Les grandeurs physiques et leurs dimensions pour les débutants

Je pense qu’il manque à Zeste de Savoir un tutoriel sur les grandeurs physiques et leur dimensions et ce qui tourne autour (unité notamment).

Ce tutoriel s’adresserait à des débutants en science (à partir de la 5e/4e j’imagine ?).

Il aborderait les notions de base (grandeurs, unités, dimensions, ordres de grandeurs, unités de base, unités dérivée, homogénéité). Il n’aborderait pas les notions plus avancées (adimensionnement, théorème pi, analyse dimensionnelle).

Je recherche des co-auteurs

J’aimerais que la rédaction de ce tutoriel soit collaborative, et ce dès ses balbutiements. Je suis donc à la recherche de co-auteurs motivés (et un minimum disponibles).

La première étape de rédaction consisterais à préciser plus finement les notions à aborder (et à ne pas aborder), ce qui pourrait aboutir sur un plan.

À bientôt !

J’avais commencé un brouillon incomplet, et avec une visée un peu différente (l’emphase était sur l’analyse dimensionnelle). Il faut que je vérifie si je n’ai pas une version plus récente en local.

Dans tout les cas, je suis partant. Ça tombe bien, je voulais faire des tutos débutants ces derniers temps.

Un truc qui serait intéressant à trouver dans le tuto, c’est la signification physique des unités, qui explique (de manière plus intuitive qu’une simple formule) pourquoi pas exemple, on retrouve le mètre et la seconde dans le newton (1 newton c’est la force nécessaire pour augmenter la vitesse d’une masse de 1 kg de 1 m/s à chaque seconde)

Bonjour les agrumes !

La bêta a été mise à jour et décante sa pulpe à l’adresse suivante :

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J’ai ajouté quelques notes sur des notions que je pense devoir être présente dans le tutoriel. Je les reproduit ci-dessous.

Notions (non ordonnées):

• Grandeur essentielles :
  • temps,
  • longueur, surface, volume,
  • vitesse, acceleration,
  • masse,
  • énergie, puissance,
  • …
• Dimensions en physique :
  • longueur,
  • temps,
  • masse,
  • …
• Unités de base du Système International :
  • temps : seconde,
  • longueur : mètre,
  • masse : kilogramme,
  • courant électrique : ampère,
  • quantité de matière : mole,
  • intensité lumineuse : candela
• Distinction entre dimension et unité.
• Multiples et sous multiples des unités.

Hello
Petites idees en vrac qui me viennent en tête.

Si tu vises un niveau collège, au départ, je pense qu’il faut d’abord parler de choses qu’ils connaissent : distances, temps, masse
Ensuite partir sur les unités dérivées "évidentes" : aire, volume, vitesse

Petite idée : ce serait bien de montrer par exemple qu’une formule d’aire, en m², contient toujours une distance fois une autre (R² pour le disque, largeur x longueur…). Idem pour les volumes, et montrer comment l’analyse des unités permet de retrouver les formules de relation entre vitesse, distance et temps.
Ca permet de partir de notions qu’ils connaissent bien, et montrer comment tout ce qu’ils connaissaient déjà peuvent être reliés à l’analyse dimmensionnelle.

Ensuite parler de l’accélération par exemple (des secondes carrées, c’est pas forcément évident à conceptualiser pour un collégien)

Ensuite partir sur les unités SI et se demander du coup où sont les pascal, newton, joule, volt....
Ca permet du coup de partir sur les unités dérivées moins évidentes

Ca permet d’avoir un tuto progressif, chacun pouvant s’arreter là où il juge son niveau insuffisant.

Bonjour les agrumes !

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J’ai ajouté une ébauche de plan, reproduite ci-dessous.

Ébauche de progression:

• Grandeur et unité
  • Quelques grandeurs simples
    • longueur, temps, masse
    • leurs unités usuelles : m, s, kg
  • Quelques grandeurs plus complexes et leurs unités
    • vitesse, m/s, accélération m/s²
    • surface m², hectares, volume m³, litres
    • force N, kilogrammes-force
  • Conversion d’unité
    • les unités représentant la même grandeur sont convertibles entre elles (litre <=> m³ par exemple)
• Systèmes d’unité SI
  • Unités de bases et dérivées
    • Les unités de certaines grandeurs font appel à celle d’autres grandeurs (ex: m/s = m / s).
    • En fait, un petit nombre d’unité suffisent à définir toutes les autres : unités de base.
    • Dans l’absolu, on prend ce qu’on veut, l’usage à consacré le système SI.
    • Toutes les autres unités peuvent s’exprimer avec les 7 unités de base par / *, ce sont les unités dérivées.
  • préfixes (multiples, sous multiples)
• Dimensions

Bonjour les agrumes !

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J’ai commencé à rédiger quelques paragraphes, reproduits ci-dessous.

Qu’est-ce qu’une grandeur physique ?

Une grandeur physique est une propriété de la nature qu’il est possible de quantifier. Autrement dit, il s’agit de quelque chose de mesurable ou calculable, que l’on exprime avec des nombres.

Il existe une myriade de grandeurs physiques différentes. Certaines sont incontournables comme la masse, la longueur, et le temps. D’autres sont plus spécifiques, comme la tension électrique ou le flux magnétique.

Chaque grandeur physique quantifie une propriété spécifique. Le tableau ci-dessous liste quelques exemples.

Bonjour les agrumes !

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J’ai avancé un peu la rédaction. Il y a maintenant une nouvelle section «Qu’est-ce qu’une unité de mesure ?» !

Si vous avez déjà des commentaires, je suis preneur. Pour l’instant, j’ai l’impression d’être dans le brouillard et d’écrire quelque chose de très abstrait, ce qui n’est pas très satisfaisant vu que le tutoriel vise des débutants…

Ce que j’essaie de faire pour mes tutos pour être moins abstrait, c’est de partir de quelque chose que mon lectorat cible connait, et de l’amener petit à petit vers quelque chose qu’il va apprendre, en reliant toujours l’un à l’autre.

Par exemple, ici, un collégien connait les unités (la notion de grandeur est trop abstraite pour lui). Je partirais donc des unités : mètre, seconde, kilo, qui mesurent des grandeurs. Une meme grandeur peut etre mesurée en différentes unités (les multiples du mètre sont l’exemple canonique, mais également les litres et les metres cube qui mesurent la meme grandeur)

Dans ces cas, on peut convertir une des unités en une autre. Mais on ne peut pas convertir des kilos en seconde par exemple => ca rend concret la notion de grandeur.

Ensuite je parlerais des unités qui s’expriment en fonction des autres, par exemple la vitesse. Montrer que les unités peuvent se retrouver avec aux formules.
Que l’on calcule en m/s ou km/min, on a toujours une distance divisée par un temps => ca permet de parler des dimensions ([L]/[T])

On peut ensuite parler des unités sans dimensions (par exemple le radian, qui est du [L]/[L])…

Une autre astuce pédagogique que j’utilise aussi, c’est de donner d’abord un exemple avant de donner une définition (par exemple "Une grandeur physique est une propriété de la nature qu’il est possible de quantifier" ou "Une unité de mesure est une référence qui sert à quantifier une grandeur physique")

Quand on lit de façon superficielle, comme un débutant moyennement motivé, on lit (uniquement) les titres, les tableaux… Et donc il faut apporter un soin essentiel à ces éléments, et je parlerai essentiellement du tableau qui liste les grandeurs physiques et les propriétés quantifiées.

Je ferais quelques changements :

1. je n’aime pas le titre de la 2ème colonne, mais j’avoue que je n’ai pas de meilleure proposition

2. J’ajouterais une colonne, pour donner les unités correspondantes ( mètre, seconde, gramme), et éventuellement décliner d’autres unités pour la même mesure. (mètre, pied, pouce, mile…)

3. J’aurais évité de mettre la température dans ce tableau (la température est-elle une grandeur mesurable, il y a un vague débat là dessus). A choisir, vaut mieux ajouter l’intensité électrique ou le voltage.

4. Faut-il mettre la vitesse dans ce tableau ? Si on met une colonne avec les unités, on va voir très vite que l’unité de vitesse est une unité dérivée de distance/temps.. et donc on a une accroche pour dire qu’il y a d’une part des grandeurs de bases, et d’autre part, des grandeurs composites. Pédagogiquement, on tient quelque chose.

Si on ne met pas cette colonne ’unité de mesure’, alors il faut éviter de parler de la vitesse dans ce recensement non-exhaustif.

Ceci dit, c’est un tutoriel qui peut-être TRES intéressant.

Et sur cette question des mesures, on peut embrayer sur un autre sujet : l’histoire des unités de mesure. Par quel miracle tous les pays du monde ont décidé de découper le temps en heures/minutes/secondes (on aurait aussi bien pu dire que’une journée se découpe en 10 heures de 100 minutes et 100 secondes, pourquoi 24heures, 60 minutes, 60 secondes, et depuis quand ce découpage ’farfelu’ fait-il consensus dans tous les pays ? J’avoue que je n’ai pas la réponse, et que je suis intéressé.)

Idem, par quel miracle tous les pays ou presque se sont-ils mis d’accord pour adopter une même unité pour mesurer les distances : le mètre (et là, cocorico, la France a eu un rôle fondamental).

Idem, vu de loin, les distances et les poids n’ont rien en commun, mais en fait, on a défini le gramme à partir du mètre ! Ca aussi, c’est une anecdote qui peut retenir le débutant.

Bonjour aux auteurs, en lisant le début du tutoriel il y y’a juste une formulation qui m’a un peu fait tiquer :

Vous êtes sûrement déjà familiers du kilogramme, du mètre, ainsi que du litre, qui mesurent respectivement la masse, la longueur et le volume. De très nombreuses autres unités existent, comme par exemple les ampères (courant électrique), les volts (tension électrique), les newtons (force), les joules (énergie), les chevaux-vapeur (puissance), etc.

Pourquoi parler d’abord "du kilogramme, du mètre" puis "des ampères.."? Est ce volontaire ou juste une écriture rapide ?

Je pense qu’il faut mieux parler des unités en termes singuliers (ou unitaires ) donc " un ampère".. Etc. Pour ne pas faire croire au lecteur qu’il faut toujours les mettre au pluriel (c’est pas très clair j’ai l’impression..).

Enfin voilà c’était une petite remarque, en tout cas le sujet de l’article est très intéressant et j’espère qu’il verra le jour ! Merci d’avoir lu cette remarque !

Bonjour les agrumes !

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J’ai pu retravailler un peu sur la base de vos commentaires, et le contenu a beaucoup changé. Qu’en pensez-vous ?

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J’ai ajouté un peu de structure pour la suite. Je pars à peu près sur le plan ébauché dans l’intro.

Salut,

Personnellement, je trouve que pour un tutoriel pour des débutants, c’est un peu trop abrupte. Notamment, j’aime bien (mais c’est mon avis, je peux comprendre que d’autres ne pensent pas comme moi), quand les parties commencent avec une phrase qui décrit ce qu’on va faire, pour essayer d’avoir un peu plus de liant. Pour moi, le fait de se forcer à faire des phrases de liaison permet de réinsister sur les notions, de montrer comment elles s’enchaînent. Au lieu de rédiger avec du passif, je mettrais plus de "nous", de questions rhétoriques, "d’interactivité" avec le lecteur.

Par exemple "Parmi la myriade de grandeurs physiques qui existent, certaines sont incontournables", je mettrais : Nous allons maintenant illustrer cette notion de grandeur physique. Il y a bien entendu la longueur, que nous avons vu en exemple, mais il en existe plein d’autre. A chaque propriété physique que l’on peut mesurer, on peut lui associer une grandeur! On peut par exemple citer : ". Et ensuite essayer de faire une phrase pour illustrer qu’une grandeur peut s’exprimer dans plusieurs unités, à travers un exemple, puis définitions etc.

Une autre remarque, je trouve (encore une fois c’est un avis personnelle) la phrase "Il s’agit ainsi d’une affirmation sur la réalité physique qui a pour particularité d’être quantifiée" par forcément très claire, j’arrive pas à savoir si le terme quantifier qui me gêne, car je me dis qu’un débutant ne serait pas forcément habitué à ce mot, ou le fait que on ne sait pas trop sur quoi se réfère le "qui a pour particularité d’être quantifiée".

Bon je critique, mais ça m’a l’air de pouvoir faire un beau tuto :), et j’ai mis 1h à essayer de refaire une phrase qui me plaît :p. J’ai vu que tu recherchais des co-auteurs, j’ai jamais essayer de rediger, mais je veux bien essayer.

Merci pour ton retour !

Je t’ai ajouté comme auteur. N’hésite pas à dire si tu veux commencer une partie, histoire qu’on ne travaille pas en même temps sur la même chose.