Un problème peut en cacher un autre
Du petit pot de glace à la thermodynamique
Énoncé 1 : Sachant que la chaleur de fusion de la glace est de 334 J/g, déterminez la température finale d'un mélange de 100 g de glace à -15 °C et de 2 l d'eau à 35 °C
Énoncé 2 : Suite à un arrêt intempestif par temps froid, la tour de réfrigération atmosphérique d'un système de climatisation a gelé et contient 0,5 m3 de glace à -15 °C. Il subsiste heureusement un passage permettant la circulation de l'eau. Que faire ? Dans combien de temps pourra-t-on remettre le dispositif en route ?
Dans les deux cas, le cœur du problème est un concept fondamental, celui de chaleur de fusion (il ne suffit pas de réchauffer la glace, il faut en plus lui apporter l'énergie nécessaire pour qu'elle passe de l'état solide à l'état liquide).
Que gagne-t-on à se frotter plutôt à l'énoncé 2 ?
- On apprend à découvrir un vrai problème, comme il se pose dans la réalité, et à le traduire pour en extraire des questions élémentaires comme celle de l'énoncé 1.
- On se familiarise avec une situation de la vie courante et pas uniquement avec de la physique de laboratoire (même si on passera au labo ou à la bib pour trouver la valeur de la chaleur de fusion).
- On découvre les limites d'application d'une théorie simple. En effet, il s'agit d'un problème dynamique nécessitant de modéliser la diffusion de la chaleur dans la glace.
L'énoncé 1 est parfait si on laisse flotter des blocs de glace dans l'eau d'un petit pot. L'énoncé 2, apparemment plus technologique, est en fait scientifiquement plus approfondi. Il permet un apprentissage plus riche et plus intéressant.