Physique Propulsion et moyens de transport

1. Propulsion et freinage

1.1 Observation et description de mouvements. Mesures de vitesse

Observer la chute d'une bille d'acier dans un tube de verre, vertical, rempli de glycérine.

On peut marquer, sur une feuille de papier placée derrière le tube, les positions successives de la bille, toutes les 10 secondes par ex., puis exploiter ce document pour tracer : Déplacement = f (durée).

On peut installer de chaque côté du tube 2 rampes, l'une formée de 8 phototransistors type BPW 40 ou TIL 414 montés en série et régulièrement espacés (3cm), l'autre étant constituée de 8 DEL haute luminosité montées en parallèle et placées en face des capteurs. Le système SYSAM d'EUROSMART reçoit le signal de la chaîne de capteurs, signal haché quand la bille coupe le faisceau lumineux entre une DEL et un phototransistor. Ce signal est ensuite repris avec la feuille de calcul pour présenter la même étude.

Etude du mouvement d'une bille dans un tube. Nicole LAVERDET

Bulletin de l'Union des Physiciens n° 763 Avril 1994.

Fichier exemple "CHUTE" du logiciel PHYSCOPE.

Documentation d'accompagnement du logiciel CHRONO-PC, diffusé par son auteur F. BOSSERT et par l'Union des Physiciens.

une bille d'acier ( de roulement à billes, diamètre : 5 ou 6 mm selon le tube utilisé)

un tube de verre (à couder), longueur 30 cm env. , fermé à une extrémité par chauffage au bec Bunsen ; pour éviter que la bille ne reste bloquée à cette extrémité, un petit morceau d'une tige de laiton a été introduit dans le tube avant la première expérience.

un aimant pour faire remonter la bille après une expérience. (Attention aux disquettes ! ).

ce tube a été rempli de glycérine ; cette opération, un peu délicate, a été réalisée à l'aide d'une seringue munie d'un tube fin en plastique, après fluidification de la glycérine par léger chauffage au bain-marie.

un circuit d'amplification tel que celui décrit par F. Bossert et reproduit en annexe.

un micro-ordinateur avec SYSAM d'EUROSMART.

La manipulation avec acquisition de données par ordinateur sera la seule décrite.

Cette expérience est très sensible à la luminosité ambiante ; il serait bon de travailler en lumière atténuée, avec un niveau de luminosité assez constant.

La viscosité de la glycérine dépend beaucoup de la température, de la concentration d'un éventuel mélange à de l'eau ; les réglages seront donc à adapter à ces facteurs.

Il faut faire un essai préalable pour connaître la durée totale de la chute de la bille et la réponse max. des capteurs.

Réglages :

Voie 0 / nom : Signal / unité : volt / couleur : jaune / style : discret croix / fenêtre 1 / ampli : 1 /

décal : 0 / mode : AUTO / calibre : - 5.12V à + 5.12V.

Réglages acquis. / points : 2048 / durée : 70ms / moyenne : 64 /.......

(ces paramètres dépendent très fortement des conditions expérimentales ; il faut effectuer des essais.

Synchronisation : aucune (la synchronisation provoquée par le 1er pic peut le rendre inexploitable pour le calcul).

Fenêtre 1 / Abscisse : T (en s) / Echelle X : définie par le logiciel

Echelle Y : manuelle / mini : - 0.2 / maxi : 4.5 (après essais).

Libérer immédiatement la bille en écartant l'aimant. Il faut attendre la fin de l'acquisition.

Feuille de calcul :

{***CHUTE DE LA BILLE DANS LA GLYCERINE***}

X1=seuil(Signal,T,3.5,-1)

F 2 (calculer) (Le logiciel recherche à quels instants T, le Signal présentait la valeur : 3,5 en sens décroissant. L'affichage "Table [8]" indique l'existence de 8 valeurs ; pour les consulter : F 3)

Quitter

Copie de variable / variable à recopier X1 / variable destination X2

éventuellement :

Notes Titre / Commentaires.

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Feuille de calcul :

Editer Tout supprimer Ok

nouvelle feuille de calcul :

{***ETUDE DU MOUVEMENT DE LA BILLE***}

X3=min(X2)

Durée=X2-X3

z=rampe(0,7)

L=0.03*z

F 2 (calculer) puis quitter.

nom : Signal Supprimer l'affichage

nom : Durée unité : s / ......

nom : L / mètre / cyan clair / discret croix / fenêtre 1 / .......

Fenêtre 1 / Abscisse : Durée / Echelle X : manuelle / mini. : -1 / maxi. : 110 (observer les valeurs mini et maxi lors du réglages Echelle X : Durée)

Echelle Y : manuelle / mini. : - 0.005 / maxi. : 0.25

Traitement Modélisation (Sélection des derniers points sensiblement alignés, polynôme degré 1) sauver (éventuellement) quitter

Notes Titre / Commentaires.

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