IMAGES VIDEO
Matériel: Camescope, magnétoscope avec fonction shuffle ( image par image ), téléviseur et feuilles transparentes: pochettes de classeur par exemple, balles sombres, règle pour avoir une référence de longueur.
Déroulement
1/ Approche de vitesse instantanée
Le réglage:
Dans toutes les manipulations, ne pas utiliser la fonction autofocus, se placer en réglage manuel. La convexité de l'écran n'apporte pas une perturbation très gênante )
Régler l'obturateur au 1/25e de seconde.
Fixer la règle contre un mur clair.
La manipulation
Un élève se place devant le mur près de la règle et laisse tomber la balle verticalement sans vitesse initiale.
Après avoir filmé l'élève, insérer la cassette VHS C dans une cassette de lecture pour magnétoscope.
Observer le film image par image, la fonction shuffle du magnétoscope enclenchée.
L'image représente le trajet de la balle pendant 1/25e de seconde.
On observe une traînée de plus en plus importante.
Cette traînée est la distance parcourue par la balle pendant la durée d'ouverture de l'obturateur.
D'un point de vue qualitatif, la traînée augmente donc la vitesse de la balle augmente.
D'un point de vue quantitatif, il est possible de calculer quelques valeurs de vitesse en mesurant la traînée (règle fixée au mur ) et en divisant par 40 ms.
2/ Approche de la vitesse angulaire
Le réglage:
Régler l'obturateur au 1/250e de seconde.
Dessiner un rayon noir sur le disque de couleur claire.
La manipulation
Filmer la rotation du disque.
Observer le film image par image, la fonction shuffle du magnétoscope enclenchée.
L'image représente la rotation du disque pendant 1/250e de seconde.
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On observe une traînée qui est le secteur angulaire balayé par le trait noir en 1/250e de seconde.
Observer plusieurs images, les secteurs balayés sont toujours les mêmes.
Le mouvement de rotation est donc uniforme.
En utilisant une feuille transparente sur l'écran du téléviseur, reproduire le secteur angulaire, mesurer l'angle
q .Calculer alors la vitesse angulaire
w = q / 4ms, puis v = R. w .Calculer le nombre de tours par seconde: 1 tour = 2.
p rad et vérifier le résultat au stroboscope.Remarque: Cette manipulation peut être réalisée à deux niveaux:
1ère S: Notion de vitesse angulaire
T ale S: Approche de la loi des aires ( surface balayée par le rayon vecteur pendant une durée déterminée )
3/ Mouvement dans le champ de pesanteur.
A/ Trajectoire d'un solide lancée avec une vitesse horizontale
Un cylindre métallique est attaché à un fil fixé à un axe de rotation.
Le cylindre est maintenu par un électroaimant. Lorsque l'électroaimant est ouvert, le cylindre chute en arc de cercle . Le fil est coupé par le cutter lorsque le cylindre passe à la verticale.
Le cylindre poursuit son mouvement et le but pour les élèves est de déterminer le lieu de contact avec le sol.
Donc, utilisation du théorème de l'énergie cinétique, puis de l'équation de la trajectoire d'un solide dans le champ de pesanteur.
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Il est apparu un problème: certains élèves n'avaient pas une représentation correcte du mouvement du solide après la coupure du fil.
Il suffit alors de filmer le mouvement (obturateur au 1/250e de seconde pour éviter la traînée et avoir suffisamment de lumière)
En utilisant une feuille transparente sur l'écran du téléviseur, marquer les positions successives du cylindre au cours de sa chute, et observer l'allure du mouvement, il apparaît alors que le vecteur vitesse initiale est horizontal. Les élèves se retrouvent alors dans une situation connue.
B/ Décomposition du mouvement d'un solide lancé avec une vitesse horizontale
Un élève, passager d'un scooter roulant de manière uniforme, lâche une balle de tennis. Au même instant, un élève immobile lâche verticalement une deuxième balle de tennis. La difficulté vient du fait que les deux balles doivent être lâchées lorsque elles sont au même niveau ( dans deux plans parallèles bien sur sinon gare à la collision).
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Il faut faire plusieurs essais pour régler la hauteur et surtout la synchronisation des lâchers. Filmer successivement une dizaine de passages (obturateur au 1/250e de seconde pour éviter la traînée et avoir suffisamment de lumière).
En utilisant une feuille transparente sur l'écran du téléviseur, marquer les positions successives des deux balles au cours de leurs chutes et d'un point sur la moto, par exemple main ou épaule du passager.
On observe alors que:
- la balle a un mouvement parabolique dans le référentiel terrestre.
- les deux balles atteignent le sol au même instant.
- les abscisses de la balle et de la main du passager sont les mêmes.
- le mouvement horizontal est uniforme ( même distance entre deux points horizontaux )
- le mouvement vertical n'est pas uniforme ( il est difficile sur quelques points de calculer des valeurs de vitesse et d'accélération, mais avec un peu de chance...)
C/ Lancer de balle
Fixer les références horizontale et verticale contre un mur clair.
Filmer deux élèves se lançant une balle de tennis de manière à obtenir une jolie parabole: (obturateur au 1/250e de seconde).
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En utilisant une feuille transparente sur l'écran du téléviseur, marquer les positions successives de la balle. Ne pas oublier de représenter les référence de longueur
Calculer les valeurs de vitesses instantanées:
puis représenter graphiquement ces vecteurs vitesses.
Ensuite représenter par construction vectorielle le vecteur accélération en plusieurs points.
Il est également possible de le calculer.
On obtient une direction et une valeur relativement satisfaisantes.
Bruno Poudens: Stage IUFM: 1 et 2 décembre 1999: Lycée des Graves GRADIGNAN Mécanique et nouveaux outils de laboratoire
