Tp de physique (TS) : etude de deux oscillateurs








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TP de physique (TS) : ETUDE DE DEUX OSCILLATEURS

I ) ETUDE DU PENDULE PESANT

On réalisera l’acquisition vidéo du mouvement d’un pendule pesant ou l’on utilisera le fichier vidéo déjà existant « PENDULE.avi »

I.1) Acquisition des données

  1. Dans le logiciel « Aviméca » ouvrir le fichier vidéo du mouvement du pendule. Adapter la taille du fichier vidéo à l’écran (menu « clip »  « adapter »)

  2. Réaliser l’étalonnage. Entrer la (les) échelle(s). Les axes de coordonnées (Ox) et (Oy) seront choisis comme indiqués ci-dessous.

.

  1. Réaliser les mesures : relever les coordonnées successives du centre d’inertie G du pendule( la masse du fil est négligeable ). On pourra si nécessaire modifier la forme et la couleur du pointeur ( menu « pointages »)

  2. Copier les mesures dans le presse-papier ( « Fichiers » »Mesures » »Copier dans le Presse Papier » »Le tableau »)

  3. Fermer la fenêtre d’ »Aviméca »puis coller les mesures sur une feuille « Excel »

I-2) Création d’une feuille de calcul et Graphiques f(t) et =g(t)

  1. Exprimer l’abscisse angulaire en fonction de xG et yG coordonnées du centre d’inertie du pendule pesant. Créer une nouvelle colonne  (° ) donnant les différentes valeurs de l’abscisse angulaire en fonction de la date t.

  2. Exprimer la longueur l = OG du pendule simple équivalent en fonction de xG et yG. Créer une nouvelle colonne l . Déterminer la valeur moyenne de l, elle sera utilisée ultérieurement dans les calculs.

  3. Soit  la vitesse angulaire du pendule. On réalisera l’approximation suivante : pour t suffisamment petit. Créer une colonne (rad.s-1). Quelle formule doit-on utiliser ?

  4. Faire tracer les courbes  = f(t) et  = g(t) sur un même graphique.

I-3) Exploitation des graphiques.

  1. Que peut-on dire de l’évolution de  en fonction du temps ? Mesurer l’amplitude m du mouvement du pendule.

  2. Quand  est extrémum que peut-on dire de  et vice versa ?

  3. Mesurer la période T du pendule pesant. Comparer T avec la valeur de la période propre T0 du pendule simple équivalent. On rappelle que où g est l’intensité de la pesanteur au lieu considéré ( g = 9,8 m.s-2). Essayer d’expliquer l’écart éventuellement observé.

II) ETUDE DU DISPOSITIF SOLIDE-RESSORT HORIZONTAL

On utilisera le fichier vidéo « ressorthor’ »

II-1) Acquisition des données

La procédure est similaire à celle réalisée au I-1). On choisira l’origine du repère sur la marque noire se trouvant sur le mobile autoporteur.

Les mesures seront enregistrées au format  Régressi  : « Fichiers » « Mesures »  « Enregistrer dans un fichier »  « format Regressi Windows (*rw 3) »

II-2) Utilisation de « Regressi »

Courbe x = f(t)

  1. Ouvrir le logiciel « Regressi » puis ouvrir le fichier de mesures au format *rw3.

  2. Aller dans le menu « coordonnées »( voir doc projeté au tableau ) et choisir de représenter x ( ordonnée ) en fonction de t (abscisse). La courbe peut éventuellement être lissée. Que peut-on dire de l’évolution de x en fonction de t ?

Modélisation de la courbe x = f(t)

  1. Aller dans le menu « début modélisation ( voir doc. projeté au tableau ) puis dans le menu « modélisation à l’aide de la souris » choisir « oscillations » puis « sinusoïdales ». Puis cliquer sur « Ajuster » pour obtenir l’écart relatif le plus faible possible entre la courbe théorique et le modèle. Quel est le modèle de x(t) obtenu ? x(t) = ………………………………….

  2. En fait pour obtenir une modélisation correcte il faut que la courbe soit symétrique par rapport à l’axe des abscisses. Quelle opération doit on réaliser sur x(t) pour obtenir ce résultat ?

  3. Aller dans le menu « Grandeurs » puis dans « Ajouter Y+ », cliquer sur « grandeur cal. » et entrer la formule permettant de recentrer la courbe sur l’axe des abscisses : X0(t) = x(t) +………………….. Retourner dans le menu « coordonnées » et faire afficher la courbe X0 = f’(t). Déterminer en utilisant l’outil « réticule » l’amplitude xm des oscillations.

  4. Refaire une modélisation en utilisant la courbe X0 = f’(t). Quel est le modèle de X0(t) obtenu ? X0(t) = …………………………………... En déduire la pseudo période T des oscillations. La comparer a la période propre T0 du système solide ressort équivalent ( on pourra déterminer l’écart relatif par rapport à la valeur de la période propre). On rappelle que T0 = 2.(m/k)1/2. Pour le dispositif considéré on a m = 0,215 kg et k = 14,4 N.m-1.

  5. Créer la nouvelle grandeur V = dx/dt ( « Ajouter Y+ »). Ajouter sur le graphique la courbe V=g(t). Quand x est extrémum que peut-on dire de V et vice-versa ?

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