Les matériaux que l’on peut utiliser y sont indiqués ainsi que les précautions à
prendre et les méthodologies à suivre.
En outre, du point de vue didactique, on a besoin que l’expérience soit:
Cela peut être obtenu de différentes manières:
Le frottement résidu peut être compensé par une légère inclination de la piste où
se déplace le chariot.
Pour obtenir sûrement un mouvement rectiligne, on peut utiliser un rail sur lequel
le chariot peut se déplacer.
Le défaut le plus grand est d’obtenir des masses tournantes qui peuvent créer des
problèmes (par exemple quand on veut mettre en évidence l’énergie cinétique).
mouvements rectilignes
Il s’agit d’un bref guide à l’expérimentation sur les mouvements rectilignes.
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N’importe quelle étude expérimentale a besoin d’un choix pondéré des appareils
à utiliser. Le phénomène que l’on étudie, en effet, doit être caractérisé parfaitement en
éliminant ou en réduisant au minimum toutes les causes de perturbation qui pourraient en
changer le déroulement.
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La principale cause de perturbation, dans l’étude d’un mouvement, est évidement
le frottement; un bon dispositif expérimental doit réussir à l’éliminer ou à le réduire
considérablement.
Le chariot à roues est la solution la plus simple pour réduire le frottement, en
substituant le frottement de glissement avec celui de roulement.
La neige carbonique, en sublimant, produit un gaz d’anhydride carbonique qui sort d’un petit trou placé au centre du disque . On obtient ainsi, entre le disque et la surface d’appui (très lisse, en général une plaque de cristal), un coussin de gaz qui tient le disque légèrement soulevé sur le plan d’appui. Le mouvement ainsi obtenu est pratiquement sans frottement.
Le problème dans l’usage didactique, est constitué par la nécessité de produire, chaque fois, la neige carbonique.
Le rail permet d’obtenir très facilement un mouvement rectiligne et il peut être incliné d’un angle suffisamment grand (sans que le chariot le touche) pour permettre l’étude d’un mouvement sur un plan incliné.
Les systèmes pour relever des données expérimentales (espace et temps) peuvent être:
Les intervals de temps sont mesurés de l'ordinateur grâce à son clock.
Normalement des logiciel pour le tratement des donnèes recueillies sont inclus avec
l'interface.
Défauts: La méthode présente didactiquement des contre-indications à cause de la
récolte et du traitement automatique des données, souf si on les utilise comme comparaison
avec le travail manuel des élèves.
Défauts : La période est presque toujours fixe (en générale 1/100 s, lié à la
fréquence du courant électrique); le ruban traîné par le mobile crée des problèmes pratiques
pour la mesure et il peut perturber facilement le mouvement du corps.
Le relèvement des données se passe, comme pour le chronométreur, en mesurant
directement l’espace entre un point et un autre et en sommant les intervalles de temps
élémentaires.
Avantage par rapport au chronométreur:
L’éclateur permet de choisir, entre des limites plutôt vastes, la valeur de
l’intervalle de temps à utiliser.
Un stroboflash émet périodiquement des éclats de lumière qui impressionnent sur la
pellicule les positions prises dans ces moments par un indicateur fixé sur le chariot.
Si on fixe une échelle métrique sur le parcours du chariot, sur elle on peut lire
les positions du chariot instant par instant, tandis que les temps sont obtenus, ici aussi,
par la somme des périodes dont le nombre est égal a celui des positions choisies.
Défauts : le dispositif expérimental et l’exécution de l’épreuve sont plutôt
complexes.
Il faut disposer d’une camera à développement immédiat; il faut opérer dans
l’obscurité (même si le dispositif expérimental pourrait être modifié en éclairant constamment
le chariot et en disposant un disque stroboscopique devant l’objectif de l’appareil).
L'expérience ne presente aucun problème d'illumination.
Le traitement des données expérimentales consiste en:
Le système fondé sur les espaces préétablis est la façon de fixer à l’avance les
positions en correspondance desquelles on effectuera la mesure des temps. On utilise donc un
chronomètre que l’on fait partir et arrêter par le mobile en mouvement grâce à des étapes
formées par des contacts mécaniques ou magnétiques ou par des portes photo-électriques.
Défaut: pour l’étude du mouvement, la connaissance d’un seul intervalle d’espace
avec le temps relatif employé ne suffit pas. Il faut donc avoir à disposition divers
chronomètres connectés à diverses étapes (ce qui devient très compliqué) ou bien il faut
répéter plusieurs fois le mouvement, en déplaçant chaque fois les étapes, avec des résultats
expérimentaux et didactiques assez discutables.
On peut quand même utiliser un chronomètre multiple, semblable à celui que montre
la figure, connecté comme dans le schéma.
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Le système fondé sur la disposition des temps est la façon de fixer à l'avance les
délais du temps en correspondance desquels on effectuera la mesure des espaces.
Le chronométreur est constitué par un vibrateur (les premiers chronométreurs
artisanaux étaient faits d’une sonnette électrique modifiée) auquel est fixée une pointe qui,
à intervalles de temps constants, laisse des signes sur un ruban de papier traîné par le corps
en mouvement. L’espace parcouru est mesuré sur le ruban et le temps employé est la somme des
temps élémentaires entre deux points contigus.
L’éclateur produit périodiquement des impulsions à haute tension qui font jaillir
des étincelles entre un fil métallique connecté au chariot et un ruban métallisé disposé le
long du rail. Le ruban se noircit en correspondance de chaque étincelle.
Le ruban thermo - sensible, n’étant pas traîné par le mobile, ne perturbe d’aucune
façon le mouvement.
Le chariot se déplace dans l’obscurité devant un appareil photo dont l’obturateur
est constamment ouvert.
On applique au corps en mouvement une bande auto-adhesive qui réfléchit les éclairs
lumineux émis par des LED que la camera utilise comme point de référence de la position
des corps.
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Quelque soit la méthode adoptée, à la fin de l’expérience on a à disposition les
valeurs de l’espace et du temps et, selon les appareils utilisés, les erreurs expérimentales
relatives.
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