Exemple d'appareil physique improvisé : Mouvement harmonique simple

Oscillateur ressort-masse DIY

Cette démo physique classique utilise objets du quotidien pour mesurer une constante de ressort et explorer le mouvement harmonique simple (MHS).

Matériel

• Un ressort (ressort porte moustiquaire, Slinky, ou ressort extension quincaillerie)
• Une masse (poids connu : 100g masse crochetée, ou bouteille d'eau pesée sur balance cuisine)
• Une règle ou mètre ruban
• Un chronomètre (app téléphone marche)
• Un verre d'eau (pour démo amortissement)
• Support : encadrement porte, crochet plafond, ou bord table solide avec pince

Procédure

1. Accrochez le ressort verticalement au support.
2. Fixez la masse à l'extrémité basse du ressort.
3. Mesurez position équilibre (repos avec masse).
4. Tirez la masse 5–10 cm vers le bas et relâchez doucement (oscillation verticale seulement).
5. Chronométrez 10 oscillations complètes. Divisez par 10 pour période T.
6. Répétez pour différentes masses (ajoutez poids connus).
7. Démo amortissement : Placez verre eau sous masse pour que le fond trempe. Rechronométrez — période augmente à cause de la traînée.

Calculs

Constante de raideur k depuis période T et masse m :

T = 2π √(m/k) → k = 4π²m / T²

• m en kg (ex: 0,1 kg)
• T en secondes (ex: 1,0 s)
• k = 4π²(0,1) / 1,0² ≈ 3,95 N/m

Tracez T² vs m → pente = 4π²/k → vérifiez linéarité (Loi de Hooke).

Observations & Physique

• Force de rappel F = -kx (Loi Hooke) → accélération opposée au déplacement.
• Période T indépendante de l'amplitude (petits angles/déplacements).
• Amortissement eau : force visqueuse opposée à vitesse → perte énergie → période plus longue, amplitude décroît.
• Vrais ressorts ont masse → masse effective = charge + ⅓ masse ressort.

Extensions

• Mesurer g avec ressort vertical : mg = kx à l'équilibre.
• Deux ressorts série/parallèle → k effective.
• Alternative pendule : ficelle + masse → T = 2π√(L/g).

Cet appareil coûte <10 €, enseigne la mécanique de base, et prouve que la physique n'exige pas de labo.