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L'utilisation d'un chronomètre à étincelles
Fiche | Physique
Secondaire
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Table des matières
Cette fiche explique les manipulations à suivre pour utiliser adéquatement un chronomètre à étincelles.
Le chronomètre à étincelles est un instrument qui permet de mesurer la position d'un objet de façon très précise: à des intervalles de temps précis, une étincelle est produite par l'appareil, produisant un point sur un ruban de papier enregistreur.
Par la présence de ces marques, il est possible de situer un objet en fonction du temps. Cet instrument est notamment utilisé dans l'étude du mouvement rectiligne uniforme (MRU), du mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA) et du mouvement en chute libre.
Matériel
Le matériel peut changer selon l'expérience effectuée. La liste ci-dessous présente le matériel essentiel pour déterminer la position d'un chariot en fonction du temps dans un MRUA sur un plan incliné.
- Chronomètre à étincelles
- Ruban enregistreur
- Ruban adhésif
- Chariot
- Plan incliné
- Serre-joint
- Règle
Manipulations
1. Ajuster le plan incliné avec un angle de |25^{\circ}|.
2. Installer le chronomètre à étincelles en haut du plan incliné à l'aide du serre-joint.
Il est important que le chronomètre à étincelles soit placé parallèlement à la direction du mouvement effectué par le chariot. Sinon, les points marqués sur le ruban enregistreur pourraient ne pas représenter fidèlement le déplacement du chariot.
3. Couper une longueur adéquate de ruban enregistreur et l'installer dans le chronomètre à étincelles.
4. Coller le ruban enregistreur sur le chariot avec le ruban adhésif.
5. Brancher et démarrer le chronomètre à étincelles.
6. Lâcher le chariot afin que celui-ci se déplace sur le plan incliné grâce à l'action de la gravité.
7. Lorsque le chariot a terminé son mouvement, arrêter le chronomètre à étincelles.
8. Détacher le ruban enregistreur du chariot et le conserver pour faire la lecture des données.
9. Ranger le matériel.
Résultats
Le ruban enregistreur sera marqué d'une série de points situés à distances variables les uns des autres.
Toutefois, l'intervalle de temps entre deux points est le même, peu importe à quel moment on se situe sur le ruban. Cet intervalle de temps est lié à la fréquence de l'appareil, qui peut varier entre |\small \text {10 Hz}| et |\small \text {100 Hz}| . Il est donc important de noter la fréquence de l'appareil afin de connaître l'intervalle de temps entre deux points.
Un appareil ayant une fréquence de |\small \text {60 Hz}| produira 60 points sur le ruban enregistreur chaque seconde. Ainsi, chaque point est situé à |\small \text {1/60 s}| du point précédent.
Un appareil ayant une fréquence de |\small \text {100 Hz}| produira 100 points par seconde sur le ruban enregistreur. L'intervalle de temps entre chaque point est donc de |\small \text {1/100 s (0,01 s)}|.
Après avoir identifié le point de départ, il suffit de mesurer la distance entre ce point et le point suivant pour connaître la position absolue du chariot en fonction du temps.
Les résultats peuvent être consignés dans un tableau des résultats comme celui présenté ci-dessous.
Position du chariot dans un MRUA sur un plan incliné en fonction du temps
| Temps |\left( \text {s} \right)| | Position |\left( \text {cm} \right)| |
| |0| | |0| |
| |1/60 = 0,01\overline{6}| | |0,40| |
| |2/60 = 0,0\overline{3}| | |0,70| |
| |3/60 = 0,05| | |1,10| |
| |4/60 = 0,0\overline {6}| | |1,70| |
| |5/60 = 0,08\overline{3}| | |2,40| |
| |6/60 = 0,10| | |3,10| |
| |7/60 = 0,11\overline{6}| | |3,90| |
| |8/60 = 0,1\overline{3}| | |4,80| |
| |9/60 = 0,15| | |5,80| |
| |10/60 = 0,1\overline{6}| | |6,80| |
À partir de ces données, il est possible de tracer un graphique de la position en fonction du temps. L'analyse de ce graphique et des données permettent de déduire des informations importantes sur la vitesse (moyenne ou instantanée) ainsi que l'accélération d'un objet.