ENSEIGNER
mercredi 22 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: L’Univers en mouvement et le temps
  -  Seconde (Seconde (prog. 2010) )  -  Physique

Activité 2: Proposer une expérience qui permette de savoir si la durée d’un aller retour du pendule change lorsque, une fois lancé, l’amplitude diminue

 

Proposer une expérience qui permette de savoir si la durée d’un aller-retour du pendule change lorsque, une fois le pendule lancé, l’amplitude diminue.
Utiliser une méthode de mesure la plus précise possible.

Définitions :
En physique, on appelle l'aller-retour du pendule une oscillation.
On caractérise le mouvement du pendule par les grandeurs suivantes :
l’amplitude du mouvement : c’est l’angle que fait le fil avec la verticale au moment où la boule s’arrête et repart dans l'autre sens. Elle s’exprime en degrés.
la période : c'est la durée d'une oscillation. Elle s’exprime en secondes.
ou la fréquence : c'est le nombre d’oscillations effectuées en une seconde. Elle s’exprime en hertz (Hz).

Le mouvement de va-et-vient de la boule s’amortit et le pendule finit par s’immobiliser. En toute rigueur, son mouvement n’est donc pas périodique : l’amplitude et la durée d’une oscillation diminuent progressivement.
Cependant, la durée des oscillations de faible amplitude (inférieure à 25 ou 30°) peut être considérée comme constante. Dans ces conditions, en physique, il est commode de considérer que le mouvement du pendule est périodique et d’admettre que l’amplitude et la durée d’une oscillation sont constantes. C’est une approximation.


But: Proposer une expérience qui permette de savoir si la durée d’un aller retour du pendule change lorsque, une fois lancé, l’amplitude diminue

L’objectif de cette activité est que les élèves se posent la question de la variation de la durée d’un aller retour et fassent des expériences pour envisager une réponse. La mesure de la durée d’un seul aller retour étant trop imprécis, il est nécessaire de faire la mesure pour une dizaine de ces allers retours et il est préférable que le professeur intervienne auprès des élèves qui se contenteront de mesurer une seule période. Rien ne permet d’affirmer a priori que si on mesure la durée de 10 oscillations on mesure dix fois la même durée. Seul le professeur sait si on peut opérer ainsi (grâce au modèle du "pendule simple") mais les élèves n’ont aucune raison de l’admettre (d’un point de vue scientifique, ce serait même une erreur de leur part). Il faut qu'ils mesurent ces durées pour un même lancer. Ils doivent donc comprendre qu’il leur faut un pendule capable d’osciller un nombre de fois suffisamment grand, de façon à pouvoir mesurer plusieurs fois la durée de 10 allers retours à partir du même lancer.

Corrigé: Proposer une expérience qui permette de savoir si la durée d’un aller retour du pendule change lorsque, une fois lancé, l’amplitude diminue

Leurs mesures peuvent les amener à la conclusion que la durée d’une oscillation peut être considérée comme indépendante de l’amplitude si celle-ci est inférieure à 25°(ou 30°) environ. Au-delà de cette valeur, ils devraient constater que la durée d’une oscillation augmente avec l’amplitude. Le professeur institutionnalise ce résultat en disant que des expériences faites par des physiciens le confirment. Le professeur distribue le texte suivant sur la caractérisation du pendule avec l'activité 3.