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SOMMAIRE
PRÉAMBULF ............................................................................................................ 2
MESURE EXPÉRIMENTALE D'UNE GRANDEUR PHYSIQUE. ....................... 4VERIFICATION
EXPERIMéNTALE D'UNE LOI .............................•................. 9 INITIATION À L'UTILISATION D'UN MULTIMETRE. ...................................... 11TP N°1 : MESURE DES RÉSISTANCES . . . ... . . . ... .. . ... . .. . .. . .. ... .•. ... .. . . . . .. . . . .. ... 18
TP N°2 : PENDULE
SIMPLE..................................................................... 27 TP N°3: MESURE DE LA RAIDEUR D'UN RESSORT ................................... 34TP de Physique
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1 tPREAMBULE
Les travaUJ(pratiques ae physique se aéroufent sur trois séances tfé 2 heures cfiacune,qui seront précéaées par séance a' initiation et suivies par une séance â ivaf uatioTL
Le poEycopié se compose dé :
* Vne présentation au 6ut au travai{ et au matérief mis à aisposition.* Vne ana{yse tfiéori.que ae r ex:périence permettant de moaéfiser [e système étuaié et a'en
aéauire aes refutions qui seront confrontées à Cex:périence. * Vne partie ex:périmentafe qui vous guiae aans {e cli.oi:( aes manipufations à ejfectuer.Il am:vient tfe préparer cliaque séance à I' (lf)Q,nll : réJTécfiir aUJ( questions théoriques et
ex:périmentafes qui ·r.ious sont posées et faire Ces éventuefs e:{!-rcices cfemarufés.
Cfiaque groupe aevra rencfre un compte rencfu comportant : ►Introcfuction précisant {e 6ut au travai{; ►CXfponses aUJ(questi.ons clemancfées ►Les folies réponses ►Conc{usion permettant tfe aiscuter de {'acféquation entre [e moâefe théorique et Ces résultats ex:périmenta'll.X": Penser qu un résuftat sans unité ni incertitucfe n'a aucune va{eur scientifique.Vne tfescription
aétai[[ée au matérie{ est disponi6{e sur chaque ta6fe. 'N'hésitez pas à poser tfes questi.ons à votre ensei.gnant(e).TP de Physique
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2PRESENTATION D'UN COMPTE-RENDU DE TRAVAUX
PRATIQUES
Vn compte-rendu de rr'
►(J(jdigé dairement : pfirases courtes et précises, ►Structuré : paragraplies nettement séparés. 'Vous trouverez a-dessous que[ques indications concernant (a structure générafe âun compte-rendu: ►lntroauction : courte présentation des o6jectifs du PP (présentation succincte cfes manipufati.ons à effectuer et des éféments cfe théorie utifzsés). ►(J)escription tfe {a manipulation (scfiéma du montage, apparei{s uti[isés, mocfe opératoire).
► TP de Physique La mesure étant faite, et les erreurs systématiquement sont corrigées si nécessaire, il reste où! est la dérivée partielle de f par rapport à x qui se calcule en considérant y et z comme La différentielle logarithmique d'une fonction f est la différentielle du logarithme népérien de c) Regrouper les termes relatifs au même élément différentiel (termes en dx, en dy ... ). Présenter correctement le résultat final en ne laissant à la valeur de G que les décimales vérifier une loi. La droite étant la représentation la plus simple. On cherche à exprimer la loi àFilière :
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3 MESURE EXPERIMENTALE D'UNE GRANDEUR PHYSIQUE
Qualité d'une mesure, erreur de mesure
Erreur absolue, erreur relative
Soit une grandeur
X de valeur exacte Xe dont la valeur approchée est Xa (supposée voisine de Xe).L'erreur absolue sur X est Xa-Xc et l'erreur relative sur X est Xa-XJXc ;;::: Xa XJXa. Ces deux grandeurs sont algébriques.
Mesure expérimentale d'une grandeur physique
La mesure expérimentale d'une grandeur physique, qu'elle que soit directe ou indirecte, conduit à une valeur qui n'est pas rigoureusement exacte : la même mesure répétée plusieurs fois donne, en général, des valeurs différentes. Plusieurs facteurs influencent sur
la qualité d'une mesure : ►l'instrument de la mesure ►la méthode de la mesure ►l'expérimentateur Erreurs systématiques-Erreurs accidentelles
Erreur systématique :
Erreur qui se produit toujours
de la même façon et dans le même sens. Ces erreurs peuvent être éliminées par correction. Exemple : Mauvais réglage
du zéro Cause perturbatrice due
à un appareil de mesure
Erreurs accidentelles : Existent
dans n'importe quel sens, et ne peuvent être connues exactement. Quand on doit faire effectuer la mesure d'une grandeur, il faut étudier la méthode à utiliser de manière à :
►Minimiser les causes d'erreurs accidentelles(choisir des appareils adaptés à la mesure et bien les utiliser correctement) ►Eviter et éventuellement corriger les erreurs systématiques. TP de Physique
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4 Deux démarches sont alors possibles
►On effectue une mesure isolée: Essayer alors de déterminer toutes les causes d'erreur accidentelle et d'évaluer leur ordre de grandeur. ►On effectue plusieurs mesures de la même grandeur: Une étude statistique permet, à partir d'un nombre fini de mesures de la grandeur X de proposer un encadrement de cette grandeur Mesure isolée, incertitude, absolue et relative l.: Définitions : Incertitude absolue: On appelle incertitude absolue 6g, de mesure d'wie grandeur G, l'écart maximum entre la valeur mesurée gm et toute autre valeur mesurée. Notation ( gm-6g).u
:S: G (gm + 6g). u avec~> 0 u, étant l'unité de la grandeur où G = (g ± 6g) u. Cette incertitude absolue est estimée par l'expérimentateur. Incertitude relative: = tig/ gm ou précision = /l.g/ gm x 100, Plus l'incertitude relative est faible plus la mesure est précise. 2-Bilan des causes
d'erreur: a-Incertitudes de construction: dues à l'appareil de mesure. En effet le constructeurpeut donner la précision ou l'incertitude absolue. Exemples:
✓Résistances à 1 % : 6R/R = 1/100; si R = 470 .Q, 6R = 4,7 .Q 5 .Q. ✓Balance de sensibilité s = 1 mg ; 6m = l mg. ✓Appareil numérique (ampèremètre, voltmètre .... ) : se reporter à la notice Pour que
la précision soit meilleure, il faudra choisir un calibre le plus proche possible de la mesure. b-Incertitudes de détermination : ce type d'incertitudes peut être dû à: TP de Physique
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5 L'opérateur: sur une règle par exemple, l'oeil ne peut apprécier que le 1/4 de division: ~x = 0,25 div (= 0,25 mm par exemp]e) La sensibilité d'un montage: en focométrie par exemple, la détermination de la position de l'image est estimée à Ax = 5 mm Calcul théorique de l'incertitude
Rappels sur les différentielles.
Pour une fonction f(x) d'une seule variable, la différentielle est : df df = j'(x)dr =-dx dx Pour une fonction f(x,y, z) de trois variables, elle s'écrit q q q df = -dx + -dy +-dz à 0'. a:
La différentielle logarithmique de la variable
x est la différentielle du logarithme népérien de x, soit : 1 dr d(lnx) =-dr= - X X Si J = k-,-où k est une constante, alors :
w df = a du + /3 dv _ r dw f ll V W Puisquelnf = lnk + alnu+ /Jlnv-r ln w et dk = O.
TP de Physique
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6 1) Calculs d'erreurs
On appeJle erreur absolue sur une grandeur mesurable x la différence (x -Xmes) entre la valeur exacte x recherchée (donc inconnue) et la valeur mesurée. L'erreur absolue est
inconnue en grandeur et en signe. Si la mesure est effectuée correctement (expérimentateur habile, appareil de mesure précis) l'erreur absolue est suffisamment petite pour pouvoir être assimilée à la différentielle dx.
Plus généralement, si on considère une grandeur physique G(x, y, z) fonction des grandeurs mesurées indépendantes x, y, z sur lesquelles on commet des erreurs absolues dx, dy, dz, les erreurs se répercutent sur la valeur de G. Il existe alors une erreur absolue sur G que l'on assimile à la différentielle : t5G t5G iG dG = -dx + -dv +-dz ,'.l, ;;i, -· .... UA v_y CZ
Le calcul de dG ( ou de la différentielle logarithmique dG , appelée erreur relative) est G purement mathématique, il consiste à exprimer la différentielle (ou la différentielle logarithmique) d'une fonction connue de plusieurs variables. Lorsque G est une somme algébrique il est plus facile de calculer dG, par contre dans le cas d'un produit ou rapport on calcule dG/G. 2) Principe des calculs d'incertitudes
Les erreurs
dx, dy, dz sont inconnues, donc dG l'est aussi. Cependant, physiquement on peut estimer la limite supérieure, aussi faible que possible, de la valeur absolue de dx. Soit = su~dxl, est l'incertitude absolue sur x, Id.xi ~.x, et de même Id~~ ôy et Id~ l1z. Sachant que :
ilvient Et a fortiori
1A +B+d~IA +IBl+ld,
s ~tdxl +I :td}i +~lld~' Id~ s 1~1~ +l:lôy +l~l/1z -
Par définition l'incertitude sur Gest ôG = su~dG!soit Id~ s ôG, d'où finalement: TP de Physique
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7 3) Technique des calculs d'incertitudes
a) S'assurer que les grandeurs x, y et z sont mesurées indépendamment les unes des autres. b) Effectuer le calcul d'erreur en calculant ia différentielle dG (ou bien dG/G). Faire l'application numérique
Calculer la valeur numérique de G avec les valeurs mesurées pour x, y et z. Calculer la valeur numérique de l'incertitude (L\G possède l'unité de G, ilG est en%). G g) TP de Physique
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8 VERIFICATION EXPERIMENTALE D'UNE LOI
Il n'est pas rare en physique de passer par une présentation graphique pour tenter de Pente est incertitude
►On relève des couples de valeurs(x, y) ainsi que leurs incertitude ; ►On reporte les points (x ,y) sur un graphique, puis on trace les barre d'incertitudes (Ax horizontale et .6.y verticale) de part et d'autres de ses points; ►Si on opère manuellement, on cherche les droites extrêmes de pente amin et amax qui passent par les ponts. en tenant compte des incertitudes. y Figure 1 -Droites de régression extrémales
La pente retenue sera déterminée par:
amin + amax a=----- 2 L'incertitude sur cette pente sera donnée par:
quotesdbs_dbs8.pdfusesText_14