TP Physique N° 01, Introduction à l'évolution temporelle des systèmes, terminale S, tstp01ph

TP Physique N° 01

Introduction à

l'évolution temporelle

des systèmes. 

Enoncé.

Correction

 

 

 
Sciences physiques sur le Web

Programme 2012 :

Physique et Chimie

Programme 2020 :

Physique et Chimie

 Correction 

 

Matériel :

-  Élèves : Oscilloscope, chronomètre, G.B.F (MÉTRIX), pendule simple,

-  Prof : vase de Tantale, : Oscilloscope, G.B.F.

 

 

 

I- Quelques exemples.  

1)- Observation de tensions périodiques.

circuit

main  Réaliser le montage ci-contre et le faire vérifier.

main  Réglages du G.B.F :

-  Repérer les boutons importants permettant de régler un G.B.F

- Ajuster l’amplitude Um de u(t) à 1,5V.

- Régler le G.B.F pour qu’il délivre une tension

de fréquence f de valeur 1000 Hz.

main  Réglages de l’oscilloscope :

main  Agir sur le réglage de sensibilité verticale de la  voie A,

ainsi que sur la sensibilité horizontale pour obtenir

un oscillogramme qui pourra être exploité pour faire

des mesures d’amplitude ou de temps les plus précis possibles.

écrit Sur l’oscillogramme, quel est l’axe des tensions ? Du temps ?

écrit Avec quels boutons se règlent les échelles des axes horizontaux et verticaux ?

écrit Représenter l’oscillogramme de la tension sinusoïdale délivrée par le G.B.F. Préciser tous les réglages choisis pour l’oscilloscope.

écrit Décrire sommairement les signaux délivrés par le générateur. Quelles propriétés possèdent-ils ?

écrit Mesurer la période T des signaux observés à l’oscilloscope. Pourquoi peut-on dire que la période est un temps caractéristique du phénomène ?

2)- Mesure de l’amplitude d’une tension sinusoïdale à l’aide d’un oscilloscope.

a)-  Montage : idem :

main  Réglage du générateur basses fréquences (G.B.F).

-  Régler la fréquence sur 1000 Hz

-  Placer le sélecteur d’amplitude sur la valeur 1 et le bouton de réglage de l’amplitude du signal aux ¾ de la graduation.

-  Sélectionner le signal sinusoïdal sur le G.B.F.

main  Régler l’oscilloscope de manière à obtenir un oscillogramme exploitable.

main  Ajouter un voltmètre aux bornes du conducteur ohmique afin de mesurer la valeur efficace U e de la tension.

b)-  Mesures :

-  Régler la valeur efficace de la tension  Ue = 0,50 V, régler l’oscilloscope

-  Déterminer la valeur de la tension de crête à crête UCC

-  En déduire la valeur de l’amplitude Um ou la valeur maximale de la tension Umax sachant que Um = Ucc / 2.

c)-  Tableau de mesures :

-  Reproduire et compléter le tableau suivant :

Ue (V)

0,50

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

Um (V)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d)-  Exploitation :

  Ouvrir une nouvelle feuille Excel.

-  Dans la cellule B3, taper ‘ Ue ( V)’’. En dessous, entrer les différentes valeurs de l’intensité du courant..

-  Dans la cellule C3, taper ‘’ Um (V) ‘’. En dessous, entrer les différentes valeurs de la tension. Respecter l’ordre des valeurs.

-  mettre en forme le tableau.

-  Tracer le graphique Um = f (Ue).

-  Quel modèle mathématique faut-il choisir ?  Tracer la courbe de tendance et en donner les caractéristiques.

-  Options : cocher : Afficher l’équation sur le graphique et Afficher le coefficient de détermination (R2) sur le graphique, puis 8 sur O.K.

-  Remarque : Excel donne l’équation de la représentation graphique obtenue grâce à une étude statistique. 

-  Le coefficient de détermination permet de savoir si le modèle utilisé est en adéquation avec la représentation graphique obtenue. 

-  Lorsque R2 = 1, l’adéquation est parfaite. Si R2 » 1, il y une dépendance statistique entre les variables x et y

-  C’est souvent le cas en physique car on travaille avec des valeurs expérimentales.

-  Quelle conclusion peut-on tirer ? En déduire la relation liant Um et Ue.

Définir une ou plusieurs durées particulières que nous appellerons temps caractéristiques qui rendent bien compte de certaines étapes de l’évolution.

3)- Le vase de Tantale.

écrit Faire un schéma du dispositif et expliquer son fonctionnement.

écrit Quelles grandeurs caractéristiques peut-on utiliser pour décrire l’évolution du système ?

écrit Quels paramètres influent sur l’évolution du système ?

écrit Dans quel type d’évolution peut-on classer le phénomène décrit ?

écrit Définir un temps caractéristique et discuter de l’influence des paramètres.

4)- Le pendule simple.

Un pendule simple est constitué d’un fil inextensible de longueur réglable auquel on suspend une petite boule.

main  Choisir un fil de longueur voisine de 50 cm. 

main  Écarter le pendule de sa position d’équilibre d’un angle a = 10 ° (on peut utiliser un rapporteur pour mesurer cet angle). 

main  Lâcher la boule, sans vitesse initiale, et déclencher le chronomètre au moment où la boule passe par la verticale. 

main  Arrêter le chronomètre au bout de 10 oscillations complètes.

main Faire un schéma du dispositif. En déduire que le phénomène est périodique et calculer sa période T.

main Étudier l’influence sur la période du pendule successivement de la longueur du fil et de la masse m de la boule ( on ne fera l’étude que pour les petits angles : a £ 10 ° ). Conclure.

5)- Saut en parachute.

Le parcours de parachutistes sautant d’un avion se divise en plusieurs zones.

Les parachutistes se laissent d’abord tomber, leur parachute est fermé.

Leur vitesse augmente rapidement et finit par se stabiliser autour d’une valeur de 180 km / h environ.

L’ouverture de leur parachute est alors déclenchée.

La chute se ralentit et la vitesse passe en deux à trois secondes environ à une valeur de 25 km / h à 18 km / h.

La vitesse reste ensuite constante.

Le choc à l’arrivée au sol correspond à un saut d’une hauteur de 2 m environ.

Si la zone d’atterrissage se situe en altitude, il faut tenir compte de la diminution de la densité de l’air.

Pour un atterrissage à 4000 m d’altitude, un parachutiste qui conserverait le même équipement

qu’au niveau de la mer, arriverait au sol à 40 ou 50 km / h.

Pour diminuer cette vitesse, il faut augmenter la voilure du parachute.

écrit Trouver quelques grandeurs dont les variations peuvent caractériser l’évolution de la situation.

écrit Décrire comment évoluent ces grandeurs au cours du saut. Donner la signification du mot paramètre.

écrit Trouver quelques paramètres dont dépend l’évolution de la situation décrite.  

II- Conclusions.

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