UAA 5, 6 (Partie I) & 8 (Partie I) – Physique (SCB)
Clarifications
Cet article, à destination des enseignants, présente des clarifications pour l’ensemble des notions à mettre en place dans le cadre du nouveau programme de physique en sciences de base en 5ème. De plus, il propose un fil conducteur original en plaçant toute la séquence sur les modèles de l’Univers avant l’étude des forces et des mouvements. Cet ordre n’est bien sûr qu’une suggestion.
Par ailleurs, vous avez également accès à un répertoire de fiches d’activité (expériences…) et des ressources.
Répertoire
| Type de fiches | Descriptif | Développements attendus principalement visés |
| UAA5 - Forces et mouvements | ||
| Fiches d’activité (FA) | ||
| FA1 "Relativité du système de référence et effets d'inertie" | A partir du visionnage de séquences filmées lors d’un trajet en transport en commun, déterminer les différents mouvements qui ont été effectués. | C1, T2, T3 |
| FA2 "Exploration de chronophotographies" | Sur base d’une chronophotographie, identifier les modifications de la vitesse du mobile, caractériser la force qui a causé ces modifications, et proposer des exemples de situations réelles. | C2, C4, A1, A2, T3 |
| FA3 "Les paramètres influençant la distance de freinage" | Au moyen d’une recherche documentaire ou d’expériences, rassembler des informations qualitatives sur les différents paramètres influençant la distance de freinage d’un véhicule. | A5, T1, T2 |
| Fiches d’expérience (FE) | ||
| FE1 "Les mesures des mouvements rectilignes" | Relever et exploiter des mesures de position, vitesse et accélération d’un mobile au cours de son mouvement rectiligne sur un rail de laboratoire. Choisir et utiliser correctement le dispositif de mesure adéquat. | C2, A1, A2, A5 |
| FE2 "Vitesse et distance de freinage" | Rechercher les paramètres qui influencent la distance d’arrêt et déterminer quantitativement l’influence de la vitesse initiale. Comparer les résultats obtenus aux distances de freinage sur route renseignées par un abaque ou un tableau. | C2, A1, A2, T2 |
| FE3 "Chute libre et temps de réflexe" | Utiliser les lois de la chute libre pour déterminer un temps de réflexe. | C2, C3, A4 |
| FE4 "Vitesse limite de chute dans un fluide" | Rechercher les paramètres influençant la vitesse limite de chute dans un fluide. Tester différentes techniques de mesure de vitesse. | C3, A1, A2, A4 |
| FE5 "Le mouvement circulaire uniforme" | Déterminer les paramètres qui influencent la force centripète à exercer sur un mobile en mouvement circulaire uniforme, et quantifier cette influence. Interpréter les effets centrifuges en termes d’inertie. | C5, T2 |
| Fiches d’investigation (FI) | ||
| FI1 "Accélération d'une planche à roulettes" | Etablir le lien entre la force constante, la masse totale en mouvement et l’augmentation progressive de la vitesse. Vérifier que pour des variations de vitesse identiques, la force à exercer est inversement proportionnelle à la durée. | C3, A2, A5, T1 |
| FI2 "Construction d'un dispositif d'amortissement" | Décrire comment rendre un ralentissement physiologiquement soutenable à l’aide de la seconde loi de Newton. Construire et tester un système d’amortissement visant à limiter les dégradations en cas de collision. | A6, T1 |
| Fiches techniques (FT) | ||
| FT12 "Analyser un mouvement par chronophotographie" | ||
| UAA6 - Oscillations et ondes (Partie I) | ||
| Fiche d’activité (FA) | ||
| FA1 "Explorer les fréquences et les périodes" | Explorer la notion de périodicité à partir d’objets et de situations du quotidien. Mesurer des périodes et des fréquences et étudier leurs variations.Distinguer mouvement périodique et mouvement oscillatoire. | C1, A1 |
| Fiche d’expérience (FE) | ||
| FE1 "Compter les oscillations d'un son" | Effectuer une mesure directe de la fréquence d’un son, en effectuant uniquement des dénombrements et des mesures de distance et de durée. | C1, A1 |
| Fiches d’investigation (FI) | ||
| FI1 "Es-tu prêt pour "The Voice" ?" | Analyser les qualités d’un son. Utiliser des logiciels de visualisation de sons. | A1 |
| FI2 "To hear or not to hear" | Utiliser les notions d’intensité et de fréquence d’un son, avec leurs unités. Découvrir sa plage d’audibilité (audiogramme). | A1, A2 |
| Fiches techniques (FT) | ||
| FT "Produire et analyser des sons avec un smartphone" | ||
| FT "Fabriquer du matériel pour l'étude des ondes" | ||
Ressources
Le logiciel libre « WinOscillo» est un petit logiciel assez facile d’utilisation, possédant toutes les fonctions de base d’un oscilloscope à une piste. Parfaitement adapté à l’enseignement secondaire, il permet de visualiser instantanément l’oscillogramme d’un son pour en observer la forme tout en l’écoutant.
Utilisation de WinOscillo
- Dès l’ouverture de WinOscillo, les oscillogrammes des sons perçus par le microphone du PC apparaissent sur l’écran. Il suffit de cliquer sur « Pause/Go » pour garder l’oscillogramme en cours, puis d’ajuster les échelles (x pour l’axe vertical et t pour l’axe horizontal) afin d’obtenir le meilleur cadrage.
- Pour effectuer une mesure de durée, on peut faire apparaître des curseurs verticaux en cliquant droit dans le pavé de commande, puis en sélectionnant « Outils », « Curseurs » et « Curseurs verticaux ». Cliquer gauche sur le curseur vertical formé de traits interrompus et le déplacer jusqu’à le faire coïncider avec une crête. Cliquer droit sur le curseur vertical formé de pointillés et le déplacer jusqu’à le faire coïncider avec la crête suivante, et lire la durée. Dans notre exemple, pour un « Aaah » chanté sur la note la, on obtient une durée Dt = 4,63 ms, ce qui correspond à une fréquence de 216 Hz.
- Pour obtenir le spectre du son, cliquer gauche sur « Signal/Spectre », ajuster les échelles et déplacer le curseur de manière à le faire coïncider avec le premier maximum. Dans notre exemple, nous obtenons pour la même note une fréquence f = 215 Hz. Notons que l’échelle horizontale par défaut est linéaire, et que les harmoniques éventuelles apparaissent donc à intervalles réguliers (ici à 431, 650, 867 et 1080 Hz.
- Les oscillogrammes obtenus peuvent être copiés et imprimés.
AUTEUR : Philippe Godts
Le logiciel libre « Audacity » est utilisé pour le montage sonore (enregistrement multipiste, retouches, transformation d’un format vers un autre…). Dans le cadre du cours d’acoustique, on pourra l’utiliser aussi comme fréquencemètre, analyseur de fréquence ou chronomètre pour mesurer le retard entre une même onde sonore captée par deux micros différents. Il peut éventuellement aussi être utilisé comme générateur de son, mais est moins pratique pour cet usage que des logiciels spécialisés.
Utilisation d’Audacity comme fréquencemètre
- Après l’ouverture d’Audacity, s’assurer que le microphone adéquat est bien branché, puis cliquer sur « enregistrement », produire le son à analyser, et cliquer sur « Stop ». Pour la plupart des mesures, la fréquence d’échantillonnage par défaut (44100 Hz) suffit, mais si le son à analyser est très aigu, il est possible que l’enregistrement soit de mauvaise qualité. Il faut alors sélectionner une fréquence d’échantillonnage plus élevée.
- Avec la souris, sélectionner la plage utile, et zoomer (il faut peut-être resélectionner des plages de plus en plus petites plusieurs fois de suite), jusqu’à l’obtention d’un signal périodique.
- S’il faut amplifier le signal, cliquer sur « Effets », puis sur « Normaliser » et sur « OK ». Cet effet supprimera en outre un éventuel offset (décalage vertical de l’onde par rapport à l’ordonnée « zéro »).
- Si le signal comprend un bruit de fond, sélectionner une zone ne comprenant que le bruit de fond, cliquer sur « Effets » puis « Réduction du bruit » et « Prendre le profil du bruit ». Audacity enregistre alors les fréquences du bruit. Revenir ensuite au signal, et sélectionner la totalité du fichier son, retourner sur « Effets » puis « Réduction du bruit », et cliquer sur « OK ».
- Sélectionner une période du signal, et faire la différence entre le temps final et le temps initial sur l’axe du temps. Nous obtenons pour un sifflement de la bouche : T = 0,61963 – 0,61898 = 0,00065 s. La fréquence du sifflement vaut donc : f = 1/T = 1538 Hz. Notons qu’il faudra probablement exercer les élèves à lire des temps pour différentes échelles.
- Pour procéder à l’analyse de fréquence, sélectionner une portion suffisamment grande du signal, cliquer sur « Analyse », puis sur « Tracer le spectre ». On peut sélectionner un axe de fréquence linéaire ou logarithmique. A l’aide de la souris, placer le curseur sur la crête désirée, et lire la fréquence. Nous obtenons : f = 1584 Hz.
Utilisation d’Audacity comme chronomètre
Pour procéder à un chronométrage, il faut impérativement disposer de deux micros séparés et branchés chacun sur les deux pistes stéréo d’une même fiche mini-jack. Pour obtenir deux micros branchés sur une même fiche mini-jack, on peut par exemple brancher deux micros à un PC par l’intermédiaire des connecteurs 2 XLR vers 1 jack et jack vers mini-jack (les liens renvoient au site de vente en ligne « Thomann »). Si on sait manier un fer à souder, on peut bricoler un tel système de micros soi-même au moyen de deux simples micros électret, d’un câble audio côte-à-côte blindé 2 x 0,25 mm, et d’une fiche jack 3,5 mm mâle stéréo.
AUTEURS : Laurent Delacre et Philippe Godts