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Quel est le but du pendule simple ?
Objectif: Etudier un dispositif simple permettant de mesurer une durée puis construire un pendule qui bat la seconde. I) Introduction: Au XVIIème si?le, Galilée, observant les oscillations d'un lustre, a l'idée d'utiliser un pendule pour mesurer le temps.Comment calculer la longueur d'un pendule simple ?
La période dépend de la longueur l du pendule et de l'intensité de la pesanteur g. [T] = k x [l]a x [g]b (1) (équation aux dimensions).Quelle influence ont la masse et la longueur du pendule sur la période d'oscillation d'un pendule à fil ?
La période T ne dépend donc pas de la masse m accrochée mais seulement de la longueur l du fil. Il est facile de vérifier qu'on a alors la période d'oscillation du pendule le plus court qui est égal à 1/2 période du pendule le plus long.- Mais ce sera à Christiaan Huygens Christiaan Huygens Christiaan Huygens (1629-1695), savant et mathématicien hollandais, que reviendra le privilège de construire en 1657 la première horloge viable, réglée par un pendule. pour la mesure du temps et permit de réaliser à peu de frais un très grand per- fectionnement.
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1 TP N°1 : MESURE DE GRANDEURS PHYSIQUES ET INCERTITUDES1. OBJECTIFS
2. MATÉRIEL
Objets à mesurer nstruments de mesure
1. Plateau de table (Paillasse)
2. Parallélépipède droit.
3. Cylindre droit.
Pied à coulisse au 1/10eme
de mm. eme de mm.3. MANIPULATION
Ε.1.ڡ
Porterڡlesڡvaleursڡmesuréesڡdansڡleڡtableauڡci-dessous.ڡ 1
ere mesure 2 eme mesure 3 eme mesure 4 eme mesure L moy Longueur L du plateau (cm) Incertitude dinstrument liée à la mesure (mm) Lmes -L moyUniversité Ferhat Abbes-Faculté des sciences-Dép.de physique-1ère année Licence LMD, sciences de la matière-
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2a. Quelleڡestimationڡpeut-onڡfaireڡdeڡlincertitude liée à la sensibilité deڡlinstrumentڡdeڡmesureڡutiliséڡ
b.ڡCompléterڡleڡtableauڡenڡcalculantڡlaڡmoyenne desڡvaleursڡmesuréesڡ
moy ) etڡ mes -L moy ) pourڡ lincertitude absolue globale surڡlaڡmesure.ڡ standardڡ moy3.2 MESURE DE LONGUEURS DORDRE DE GRANDEURS DIFFERENTS
Mesurerڡlaڡlargeur ( )ڡet lépaisseur (e)ڡduڡmêmeڡplateauڡenڡutilisantڡléchelleڡnormaleڡE1 duڡrégletڡ
(Graduéeڡenڡmillimètres).ڡRefaireڡlaڡmesureڡdeڡlépaisseur enڡutilisantڡléchelleڡplusڡfineڡE2 duڡrégletڡ
(Graduéeڡenڡ½ڡmm)ڡpuisڡleڡpied à coulisse (P.A.C.) au 1/10 de mm. Porterڡlesڡvaleursڡmesuréesڡdansڡleڡ
tableauڡci-dessous.ڡ Grandeur à mesurer Instrument utilise Mesure (mm) Incertitude absolue Incertitude relative (%)1. Largeur ( Ϝ)
Réglet (้1)
2. ้paisseur (e) Réglet (้1)
Ε. ้paisseur (e) Réglet (้2)
ࢪ. ้paisseur (e) P.A.ݜ (1/10)3.3 MESURE DE LONGUEURS DOBJETS DE FORMES DIFFERENTES
3 formeڡstandard.ڡ 2ڡetڡleڡvolumeڡVڡenڡ
cm 34. FEUILLE DE RÉPONSE ڡ
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3 ANNEXE 1 : RAPPELS SUR LES INCERTITUDES EXPÉRIMENTALES 1. GÉNÉRALITES SUR LES MESURES EN SCIENCES PHYSIQUES 1.1Définitions
référence.absolue est l'écart maximum possible entre la mesure x, et la valeur exacte. Elle s'exprime dans les unités de
la grandeur mesurée. L'incertitude relative n'a pas d'unités et s'exprime en général en % (100Њx/x). C"est une manière commode
de chiffrer la précision d'une mesure.systématiques (effets identiques si la mesure est répétée de manière identique) et des erreurs aléatoires
(effets non-répétables).1.2 Grandeur physique mesurable
Les sciences physiques sont des sciences expérimentales. Elles visent à décrire les phénomènes tant
qualitativement que quantitativement en s"appliquant notamment à les caractériser par des grandeurs
mesurables.Mesurer une grandeur consiste à la comparer à une grandeur de même espèce, prise pour unité. En
pratique, cela nécessite la mise en uvre de dispositifs expérimentaux (instruments, appareillage de
mesure, montage, etc.) et de procédés ou de méthodes de mesures appropriées. Le résultat de la mesure ou
valeur quantitative obtenue, s"exprime par un nombre concret, suivi du nom ou du symbole d"une unité de
mesure (exemple : 15.7Kg ; 134cm ; 4.5mA).1.3 Mesure directe et indirecte
Dans certaines situations expérimentales, les grandeurs sont mesurées directement (exemple : mesure de la
masse d"un corps à l"aide d"une balance, mesure de la distance à l"aide d"une règle graduée, de température,
etc.). Dans d"autres situations, la mesure se fait indirectement, les grandeurs concernées sont déduites par le
calcul, à partir de la mesure d"autres grandeurs (exemple : mesure d"une masse volumique, d"une concentration, d"une vitesse, d"une puissance, etc.)1.4 Caractère incertain dune mesure
La mesure d"une grandeur physique, directe ou indirecte ; est toujours entachée d"une certaineindétermination ou incertitude, due au fait que la mesure ne peut être parfaitement exempte d"erreurs. Les
causes d"incertitudes tiennent principalement aux éléments suivants : l"expérimentateur (erreur humaine),
l"instrument, la méthode et l"environnement de la mesure. On classe en général les incertitudes en deux
catégories, selon les types d"erreurs suspectées (erreurs " systématiques »ou " accidentelles ou
aléatoires »). Ceci facilite à la fois l"estimation, la réduction ou l"élimination des causes éventuelles
correspondantes (voir tableau 1).Université Ferhat Abbes-Faculté des sciences-Dép.de physique-1ère année Licence LMD, sciences de la matière-
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42. TRAITEMENT SCIENTIFIQUE DES INCERTITUDES EXPÉRIMENTALES
2.1 Notion derreur et dincertitude absolue et relative
quantitative obtenue (g mes ) ne peut être considérée que comme une valeur approchée de la valeurréelle ou vraie (g) de cette grandeur, cette dernière ne pouvant foncièrement être connue.
L"incertitude absolue représente une estimation raisonnée de la limite supérieure de l"erreur absolue
(g ... g mes) pouvant affecter la mesure effectuée. ้lle correspond à un nombre concret (positif), exprimé
dans une unité de la grandeur visée. ݜonnaissant l"incertitude absolue g associée à la valeur mesurée
g mesd"une grandeur (G), il est possible d"encadrer la valeur " réelle » de celle-ci (voir encadré ci-
dessous) :A titre d"illustration, si la mesure de la température d"un corps donné fournit comme valeur mesurée
(approchée donc) égale à 37.2°C (degré Celsius) et qu"on estime qu"avec l"instrument utilisé, l"erreur
absolue ne dépasse pas 0.2°C, l"encadrement de la valeur réelle de la température visée sera :
La connaissance de l"incertitude absolue avec la valeur de la grandeur mesurée, exprimée par le
rapport g/g (appelé " incertitude relative »), permet de mieux apprécier l"approximation ou la
précision de la mesure. Il s"agir d"un nombre abstrait (sans unité), présenté souvent en % $%
Dans l"exemple précédent, la précision de la mesure est de : T/T = 0.2/37.2 =0.00537=0.005 ou
0.5%. Avec une valeur mesurée d"ordre de grandeur plus faible, 2.6°C par exemple, la même procédure
correspond à une précision de mesure moins bonne.ڡ2.2 Estimation et calcul des incertitudes
L"incertitude absolue peur être évaluée dans ce cas, en déterminant la valeur maximale des écarts
(g mes - g moy) des valeurs mesurées, par rapport à la valeur moyenne de celles-ci. A ce propos, considérons
comme exemple, la mesure répétée de la masse m d"un corps avec une balance de sensibilité
(incertitude systématique d"instrument) estimée à 0,ࢩg, avec comme résultat de série de ࢪ valeur
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5expérimentales (voir tableau 2). On en déduit par un calcul élémentaire une estimation de l"incertitude
absolue de type " accidentel », associable à la mesure effectuée, soit m acc = Ћ*3Ћ *3 Tableau 2 : Exemple de mesure directe répétitiveIl est évident que la détermination de l"incertitude absolue sur un résultat expérimental doit prendre
en compte toutes les incertitudes, systématiques et/ou accidentelles, associées à la mesure.
Ainsi concernant l"exemple précédent, on aura : m = m acc + m sys = 1.6g + 0.5g = 2.1g.Si on détermine la valeur d"une grandeur à partir de quantités mesurées, le calcul de l"incertitude
correspondante peut être conduit de plusieurs façons : méthode des extrêmes, méthode des dérivées
partielles, de la différentielle logarithmique, etc. Tableau 3 : Règles simples de détermination des incertitudes (mesure indirecte)45678 Њ4 Њ4:4
Somme,
Différence
68 Њ6Њ8
Њ6Њ8
68Produit 6;8 6Њ88Њ6
Њ6 6 Њ8 8Quotient
6 86Њ88Њ6
8 Њ6 6 Њ8 8Puissance 6
=6 Њ6 Њ6 6Méthode des dérivées partielles
Supposons que g dépend de plusieurs grandeurs a, b, c, mesurées avec les incertitudes a, b, c :
@B7!7C. L"incertitude sur g est : EG GBLes dérivées partielles sont les dérivées de g par rapport à une variable, les autres variables étant
considérées comme constantes.3. EXPRESSION DES RÉSULTATS DE MESURE
Ε.1 Notion de chiffres significatifs
On entend par chiffres significatifs, les chiffres qui interviennent dans le résultat numérique d"une
mesure, en tenant compte des spécifications suivantes : ݜatégorie de chiffres Valeur ้xemples Observation ݜhiffres non nuls Significative Ε1Ǿ Ε.1Ǿ Ε chiffres significatifs(c.s)Zéros situés à l"intérieur du nombre Significative ࢪ00Ǿ ࢪ0,0Ǿ ࢪ c.s
Zéros situés au début du nombre Non significative 0.000Εࢪ 0,Εࢪ 2 c.s Zéros situés à la fin du nombre sans virgule (entier) ้quivoque ࢪࢩ00 ࢪ, Ε ou 2 c.s selon l"incertitude estimée.Université Ferhat Abbes-Faculté des sciences-Dép.de physique-1ère année Licence LMD, sciences de la matière-
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6 3.2 Norme de présentation des résultats de mesure(mesure indirecte), doit être exprimée avec un nombre raisonnable de chiffres significatifs, c'est-à-dire
compatible avec l"incertitude estimée correspondante. données de l"exemple précédent (mesure répétée de la masse d"un corps) : m = m moy± m, avec m
moyЋЋ"Ћ#Ћ͵ķЋm = 2.1 g
Compte tenu de la valeur de l"incertitude absolue affichée (indétermination ou doute touchant non
le résultat, soit, en procédant à l"arrondissement nécessaire : m = (37 ± 2) g.4. INCERTITUDE SUR LE GRAPHE
9ൢȞȞ൩ Ȟ௵ϜΒ௵ΐൣϜ൮ݨ ݨൢః൮Ȟݧ௵ ΒൢݛϜȞϜൣݨȞ൩ൢ൮ΐ ൢ௵ϜȞΖࢯ௵ఃൢݨϜݢݭȞΒః௵Ȟݮ ݛϜȞΒఃൢ൮ݨȞΖࢥݭݢȞః൮ȞϜࢥΒ௵ൢݠϜȞ൩ଡ଼ൢ൮ݮϜ௵ݨൢݨࢯϜȞΖࢥݭȞݢΑȞȞ
On obtient ainsi ce qu"on appelle des rectangles d"incertitude, on trace ensuite les droites de pente extrême
(maximale et minimale), la pente cherchée et son incertitude est donnée par ȝ B B H B I Si une des deux incertitudes est faible, on parle de barres d"erreur.Université Ferhat Abbes-Faculté des sciences-Dép.de physique-1ère année Licence LMD, sciences de la matière-
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7 ANNEXE 2 : RAPPELS SUR LES MESURES DES GRANDEURS PHYSIQUES 1.PRINCIPE DU VERNIER AU 1/10
emePour une mesure précise, on associe à la règle graduée un vernier. ݜ"est une réglette mobile coulissant
(glissant) le long de la règle fixe, et portant un certain nombre de graduations plus courte que celles de la
règle (fixe). L"ensemble (règle በ vernier) représente le mécanisme essentiel du " pied à coulisse ».
Le plus simple des verniers classiques est le vernier au 1/10 eme qui comporte 10 divisions correspondanten longueur à ݟ graduations de la règle fixe, soit ݟmm (voir figure 1). Lorsqu"un objet est positionné pour la
mesure, la graduation du vernier coïncidant avec une graduation quelconque de la règle indique le nombre
de dixième de mm à ajouter à la lecture principale (voir figure 2). Figure 1 : Constitution du vernier au 1/10 de mm et au 1/50 de mm2. ÉVALUATION DE LINCERTITUDE LIÉE AUX INSTRUMENTS DE MESURE DES LONGUEURS
Il est admis que l"incertitude absolue (maximum de l"erreur commise) de lecture pour une mesure directe
au moyen d"un instrument à graduations (règle graduée, appareil analogique de mesure électrique, etc.) est
de ½ division dans les conditions de lecture jugées favorables. Dans les situations les plus défavorables
(mauvais éclairage, difficulté d"appréciation du rapport de partage), elle correspond à une division entière.
Pour les instruments à vernier, l"incertitude systématique de lecture correspond à la catégorie du vernier
(voir tableau récapitulatif ci-dessous).Université Ferhat Abbas -Sétif -Faculté des Sciences ...Dép. de Physique ... 1ère année " Licence LMD, Sciences de la matière » -
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TP P1. OBJECTIFS
a u2F mi mnemt.Frsi miEsujrnne1rscmiE2cmF uusF1qm3.i2j1rscmi umnsrumiEeuusjre1rscmi mF uusF1uqm
m2. MATÉRIEL
m 3.THÉORIE
umsFj umeruuec1mu2Fmn mu u1o musc1m!m mtsrium͵Ћ m 1mnemsFj mi mFett nmi2mF uusF1ЍLЋ qm "LЋ "LЋ )cmjso*rcec1mn umi 2fm.+2e1rscudmscms*1r c1m!mm cmtsuec1m!m- #%,omev jm- m #.,/m -m u1mnemt2nue1rscmi2mos2v o c1m /m u1muemt.Frsi0cmemm2c m.+2e1rscmir.F c1r nn mi2mu jscimsFiF mi mnem
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ࢪ.1 ้TAT STATQU้E2c mi um f1F.or1.umi2mF uusF1mrougem.1ec1mrf. dme11ej 1mmnEe21F m f1F.or1.m2c moeuu moeF+2. mi m
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Semestre 1-2019/2020 -Unité denseignement méthodologique 1 -Module : TP Physique 1-Mécanique
P 3 qm 3 mi2mF uusF1mFs2 m'm#m5q63o,u (qm 3m 'mm#m&(dm.jFrF m% 3 mus2umnemsFo miE cjeiF o c1mu1ecieFiqm4.2 ETAT DYNAMIQUE
m mu u1o mF uusF1$oeuu m.1ec1m cm.+2rnr*F dmscm1rF mn.F o c1mv Fumn m*eumnemoeuu mi mnemtsur1rscmiE.+2rnr*F m 1m scm nem F n tsur1rscm iE.+2rnr*F m 1m o u2F Fm m nEeri m iE2cm jFscso1F m nem i2F. dm 1dm iE2cm j F1ercm cso*F m ts1 c1r nn m jscv F1r m cm .c Fr m jrc.1r+2 m i2Fec1m n m os2v o c1qm ;soteF Fm n um ven 2Fum i m nemm t.Frsi mi umsujrnne1rscumi2mu u1o mercurmjscu1r12.qm)cmi.i2rF mnemjscu1ec1 mi mFeri 2Fm.+2rven c1 m%tmi m Université Ferhat Abbes-Faculté des sciences-Dép.de physique-1ère année Licence LMD, sciences de la matière- Semestre1-2019/2020-Unité denseignement méthodologique 1-Module TP Physique1 (mécanique) Université Ferhat Abbes-Faculté des sciences-Dép.de physique-1ère année Licence LMD, sciences de la matière- Semestre1-2019/2020-Unité denseignement méthodologique 1-Module TP Physique1 (mécanique) Université Ferhat Abbas -Sétif -Faculté des Sciences -Dép. de Physique - 1ère année -Licence LMD, Sciences de la matière-Semestre 1-2019/2020-Unité d"enseignement méthodologique 1 -Module : TP Physique 1-Mécanique2s2Fmm=300gmts2Fmn mF uusF1mFs2 m 1mm=400gmts2Fmn mF uusF1mle2c dm.jeF1 Fmi m>
o #8jomnemoeuu mi muem Ressort Rouge (K
1 ) Jaune (K 2 Masse Ε00g ࢪ00g
t(s) (10 oscillations) T(s) K(N/m)
p (J) m 4.3 ASSOCIATION DE RESSORTS
P 4.3.1 Association parallèleP
umi 2fmF uusF1umusc1mosc1.umu2rvec1mn muj.oemjr$i uu2udmejjFsj 1m2c moeuu mi m500gm 1mo u2F 1mnem 4.3.2 Association sérieP
)cmF.enruec1mn muj.oemettFstFr.dmF er1 umn mo?o m1Fevernm+2 mtF.j.i oo c1mts2Fmm=300gm'scmett nn Fem %umnemjscu1ec1 mi mFeri 2Fmi mnE cu o*n (qm3scc 1m2c mF ne1rscmnrec1m%umm% 3 m 1m% qm mm TP N°3 : CHUTE LIBRE
1. OBJECTIFS
2. MATERIEL
3. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
4. THEORIE
Sans résistance de l"air͵
T- s=͵ 2Ņ͵ğķL͵Lķķğ͵Lŭ ͵ ͵!͵"͵0
r p 5. MANIPULATION (on néglige la résistance de lair).
7 4ĭ6͵ "Ѝ͵ ")͵ "7͵ ";͵ "5͵ "<͵ "=͵ ">͵
9) 46͵ ͵ ͵ ͵͵͵͵͵͵
!4 6͵Ћ
!4 !4 3 6. COMPTE RENDU͵
TP N 4 : LE PENDULE SIMPLE
1. OBJECTIFS
Trouver les paramètres influençant la période d"un pendule. Trouver un modèle mathématique pour le calcul de cette période. Trouver les limites de ce modèle.
2. MATERIEL
- Fil inextensible. Support vertical.
Rapporteur.
- Chronomètre. - Corps cylindriques de diffèrent masses. - Règle graduée. 3. THEORIE
3.1. Forces mises en jeu
ݠ= mݠՃ et à et à la tension ݓ du fil. ݠet ݓ
, non nulle, provoque un mouvement oscillatoire circulaire. 3.2. Equation diffrentielle du mouvement
Sur ´
n n (1) Sur ´
t t = m(d 2 s/dt 2 ) (2)quotesdbs_dbs44.pdfusesText_44
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